Вакуумная труба - Vacuum tube
А вакуумная труба, электронная лампа,[1][2][3] клапан (Британское использование) или трубка (Северная Америка),[4] это устройство, которое контролирует электрический ток течь в высоком вакуум между электроды к которому электрический разность потенциалов был применен.
Тип, известный как термоэлектронная трубка или же термоэмиссионный клапан использует феномен термоэлектронная эмиссия электронов из горячий катод и используется для ряда основных электронных функций, таких как сигнализация усиление и текущие исправление. Нетермоэлектронные типы, такие как вакуум фототрубка однако добиться эмиссии электронов через фотоэлектрический эффект, и используются для таких целей, как определение интенсивности света. В обоих типах электроны ускоряются от катода к анод посредством электрическое поле в трубке.
Самая простая вакуумная трубка диод, изобретенный в 1904 г. Джон Амброуз Флеминг, содержит только нагретый катод электронной эмиссии и анод. Электроны могут течь через устройство только в одном направлении - от катода к аноду. Добавление одного или нескольких решетки управления внутри трубки позволяет управлять током между катодом и анодом с помощью напряжения на сетках.[5]
Эти устройства стали ключевым компонентом электронных схем в первой половине двадцатого века. Они сыграли решающую роль в развитии радио, телевидения, радаров, звукозапись и воспроизведение, длинная дистанция телефон сети, аналоговые и ранние цифровые компьютеры. Хотя в некоторых приложениях использовались более ранние технологии, такие как передатчик искрового разрядника для радио или механические компьютеры для вычислений именно изобретение термоэлектронной вакуумной трубки сделало эти технологии широко распространенными и практичными, а также создало дисциплину электроника.[6]
В 1940-х годах изобретение полупроводниковые приборы позволил производить твердое состояние устройства, которые меньше, эффективнее, надежнее, долговечнее, безопаснее и экономичнее, чем термоэлектронные трубки. Начиная с середины 1960-х годов на смену термоэмиссионным трубкам пришли транзистор. Тем не менее электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) оставалась основой телевизионных мониторов и осциллографы до начала 21 века. Термоэмиссионные трубки все еще используются в некоторых приложениях, таких как магнетрон используется в микроволновых печах, некоторых высокочастотных усилителях и усилителях, которые энтузиасты аудио предпочитают из-за своего «тепла». ламповый звук.
Не все клапаны электронных схем / электронные лампы являются вакуумными лампами. Газонаполненные трубки похожи на устройства, но содержат газ, обычно под низким давлением, в которых используются явления, связанные с электрический разряд в газах, обычно без обогревателя.
Классификации
Одна классификация термоэмиссионных вакуумных трубок - по количеству активных электродов. Устройство с двумя активными элементами - это диод, обычно используется для исправление. Устройства с тремя элементами триоды используется для усиления и переключения. Дополнительные электроды создают тетроды, пентоды и т.д., которые имеют множество дополнительных функций, которые стали возможными благодаря дополнительным управляемым электродам.
Другие классификации:
- по частотному диапазону (аудио, радио, УКВ, УВЧ, микроволновая печь )
- по номинальной мощности (слабый сигнал, мощность звука, мощная радиопередача)
- к катод /нить тип (косвенный нагрев, прямой нагрев) и время прогрева (включая "яркий излучатель" или "тусклый излучатель")
- по дизайну характеристических кривых (например, резкий или удаленныйотрезать в некоторых пентодах)
- по применению (приемные лампы, передающие трубки, усиление или переключение, выпрямление, смешивание)
- специализированные параметры (долгий срок службы, очень низкий микрофонная чувствительность и малошумное усиление звука, прочная или военная версия)
- специализированные функции (детекторы света или излучения, трубки видеоизображения)
- трубки, используемые для отображения Информация (Nixie трубы, трубки "волшебный глаз", вакуумные люминесцентные дисплеи, ЭЛТ )
Трубки выполняют разные функции, например: электронно-лучевые трубки которые создают пучок электронов для отображения (например, кинескопа) в дополнение к более специализированным функциям, таким как электронная микроскопия и электронно-лучевая литография. Рентгеновские трубки тоже вакуумные лампы. Фотолуги и фотоумножители полагаются на поток электронов через вакуум, хотя в этих случаях эмиссия электронов с катода зависит от энергии от фотоны скорее, чем термоэлектронная эмиссия. Поскольку у этих видов «электронных ламп» есть функции, отличные от электронного усиления и выпрямления, они описаны в другом месте.
Описание
Вакуумная трубка состоит из двух или более электроды в вакууме внутри герметичного конверта. У большинства пробирок есть стеклянные конверты с стекло-металл уплотнение на основе ковар запечатанный боросиликатные стекла, хотя использовались керамические и металлические оболочки (поверх изоляционных оснований). Электроды прикреплены к выводам, которые проходят через оболочку через герметичное уплотнение. Большинство электронных ламп имеют ограниченный срок службы из-за перегорания нити накала или нагревателя или других неисправностей, поэтому они изготавливаются как сменные; выводы электродов подключаются к контактам на основании трубки, которые вставляются в трубка. Лампы были частой причиной отказов в электронном оборудовании, и ожидалось, что потребители смогут сами заменить лампы. Помимо основных выводов, некоторые трубки имели электрод, оканчивающийся на верхняя крышка. Основная причина этого заключалась в том, чтобы избежать сопротивления утечке через основание трубки, особенно для входной сетки с высоким импедансом.[7]:580[8] Базы обычно делались из фенольная изоляция который плохо работает как изолятор во влажных условиях. Другие причины использования верхней крышки включают повышение стабильности за счет уменьшения емкости сетки к аноду,[9] улучшенные высокочастотные характеристики, удерживание очень высокого напряжения на пластине от более низких напряжений и размещение на один электрод больше, чем позволяет основание. Иногда существовала даже конструкция с двумя верхними крышками.
Самые ранние электронные лампы возникли из лампы накаливания, содержащий нить запечатанный в вакуумированном стеклянном конверте. Когда горячая, нить высвобождается электроны в вакуум, процесс, называемый термоэлектронная эмиссия, первоначально известный как Эффект Эдисона. Второй электрод, анод или же пластина, будет притягивать эти электроны, если он находится под более положительным напряжением. Результатом является чистый поток электронов от нити к пластине. Однако электроны не могут течь в обратном направлении, потому что пластина не нагревается и не испускает электроны. Нить накала (катод ) выполняет двойную функцию: при нагревании испускает электроны; и вместе с пластиной создает электрическое поле из-за разности потенциалов между ними. Такая трубка только с двумя электродами называется диод, и используется для исправление. Поскольку ток может проходить только в одном направлении, такой диод (или выпрямитель ) преобразует переменный ток (AC) в пульсирующий постоянный. Следовательно, диоды можно использовать в цепях постоянного тока. источник питания, как демодулятор из амплитудно-модулированный (AM) радиосигналы и для аналогичных функций.
В ранних лампах в качестве катода использовалась нить; это называется трубкой с «прямым нагревом». Большинство современных трубок «косвенно нагреваются» с помощью «нагревательного» элемента внутри металлической трубки, которая является катодом. Нагреватель электрически изолирован от окружающего катода и просто служит для нагрева катода в достаточной степени для термоэлектронная эмиссия электронов. Электрическая изоляция позволяет питать нагреватели всех ламп от общей цепи (которая может быть переменным током, не вызывая шума), позволяя катодам в разных лампах работать при разных напряжениях. Х. Дж. Раунд изобрел трубку с косвенным нагревом около 1913 года.[10]
Нити накаливания требуют постоянной и часто значительной мощности даже при усилении сигналов на уровне микроватт. Мощность также рассеивается, когда электроны катода врезаются в анод (пластину) и нагревают его; это может произойти даже в холостом режиме усилителя из-за токов покоя, необходимых для обеспечения линейности и низких искажений. В усилителе мощности это нагревание может быть значительным и может разрушить лампу при выходе за ее безопасные пределы. Поскольку трубка содержит вакуум, аноды в большинстве трубок малой и средней мощности охлаждаются радиация через стеклянный конверт. В некоторых специальных приложениях с высокой мощностью анод является частью вакуумной оболочки, чтобы отводить тепло к внешнему радиатору, обычно охлаждаемому вентилятором или водяной рубашкой.
Клистроны и магнетроны часто используют свои аноды (называемые коллекционеры в клистронах) с потенциалом земли для облегчения охлаждения, особенно водой, без высоковольтной изоляции. Вместо этого эти лампы работают с высокими отрицательными напряжениями на нити накала и катоде.
За исключением диодов, между катодом и пластиной (анодом) располагаются дополнительные электроды. Эти электроды называются решетками, поскольку они не являются твердыми электродами, а являются редкими элементами, через которые электроны могут проходить на своем пути к пластине. Вакуумная трубка тогда известна как триод, тетрод, пентод и т.д., в зависимости от количества сеток. Триод имеет три электрода: анод, катод, одну сетку и т. Д. Первая сетка, известная как управляющая сетка (а иногда и другие сетки) преобразует диод в устройство, управляемое напряжением: напряжение, приложенное к управляющей сетке, влияет на ток между катодом и пластиной. Когда она удерживается отрицательной по отношению к катоду, управляющая сетка создает электрическое поле, которое отталкивает электроны, испускаемые катодом, тем самым уменьшая или даже останавливая ток между катодом и анодом. Пока управляющая сетка является отрицательной по отношению к катоду, ток по существу не течет в нее, но изменения в несколько вольт на управляющей сетке достаточно, чтобы существенно изменить ток пластины, возможно, изменяя выходную мощность на сотни вольт. (в зависимости от схемы). Твердотельное устройство, которое больше всего похоже на пентодную трубку, - это переходной полевой транзистор (JFET), хотя электронные лампы обычно работают при напряжении более ста вольт, в отличие от большинства полупроводников в большинстве приложений.
История и развитие
В 19 веке увеличилось количество исследований с откачанными трубками, такими как Geissler и Трубки Крукса. Многие ученые и изобретатели, экспериментировавшие с такими трубками, включают: Томас Эдисон, Юджин Гольдштейн, Никола Тесла, и Иоганн Вильгельм Хитторф. За исключением раннего лампочки такие трубки использовались только в научных исследованиях или в качестве новинок. Однако фундамент, заложенный этими учеными и изобретателями, имел решающее значение для развития последующей технологии электронных ламп.
Несмотря на то что термоэлектронная эмиссия первоначально сообщалось в 1873 г. Фредерик Гатри,[11] Широкую известность принесло очевидное независимое открытие этого явления Томасом Эдисоном в 1883 году. Хотя Эдисон знал об однонаправленном свойстве протекания тока между нитью накала и анодом, его интерес (и патент[12]) сосредоточено на чувствительности анодного тока к току через нить накала (и, следовательно, температуре нити). Это свойство практически не использовалось (однако в ранних радиоприемниках часто реализовывались регуляторы громкости путем изменения тока накала усилительных ламп). Только годы спустя Джон Амброуз Флеминг использовали выпрямляющее свойство диодной трубки для обнаружения (демодулировать ) радиосигналы, существенное улучшение по сравнению с ранним детектор кошачьих усов уже используется для исправления.
Усиление с помощью вакуумной лампы стало практичным только с Ли Де Форест изобретение трехполюсника в 1907 году »Audion "трубка, грубая форма того, что должно было стать триод.[13] По сути, первый электронный усилитель,[14] такие трубки сыграли важную роль в междугородной телефонной связи (например, первая телефонная линия от побережья до побережья в США) и системы громкой связи, и представила гораздо более совершенную и универсальную технологию для использования в радиопередатчиках и приемниках. Революция в электронике 20-го века, возможно, началась с изобретения триодной вакуумной лампы.
Диоды
Английский физик Джон Амброуз Флеминг работал инженером-консультантом для фирм, в том числе Эдисон Свон,[15] Телефон Эдисона и Компания Маркони. В 1904 году в результате экспериментов, проведенных с лампами на эффекте Эдисона, импортированными из Соединенных Штатов, он разработал устройство, которое он назвал «колебательным клапаном» (поскольку он пропускает ток только в одном направлении). Нагретая нить была способна термоэлектронная эмиссия электронов, которые потекут к пластина (или же анод ), когда он находился под положительным напряжением по отношению к нагретому катоду. Электроны, однако, не могли проходить в обратном направлении, потому что пластина не нагревалась и, следовательно, не могла термоэлектронной эмиссии электронов.
Позже известный как Клапан Флеминга, его можно было бы использовать как выпрямитель переменного тока и как радиоволна детектор. Это значительно улучшило хрустальный набор который выпрямлял радиосигнал, используя ранний твердотельный диод на основе кристалла и так называемого кошачий ус, регулируемый точечный контакт. В отличие от современных полупроводников, такой диод требовал кропотливой настройки контакта с кристаллом, чтобы он выпрямлялся.
Трубка была относительно невосприимчивой к вибрации и, таким образом, значительно превосходила его на борту корабля, особенно для кораблей военно-морского флота, где шок от огнестрельного оружия обычно сбивал чувствительный, но хрупкий галенит с его чувствительной точки (трубка в целом была не более чувствительной, чем радиодетектор. , но корректировка была бесплатной). Диодная лампа была надежной альтернативой для обнаружения радиосигналов.
По мере развития электронной техники, особенно во время Второй мировой войны, эта функция диода стала рассматриваться как один из видов демодуляции. Термин «детектор», твердо установленный историей, сам по себе не является описательным и должен считаться устаревшим.
Диодные лампы большей мощности или выпрямители мощности нашли свое применение в источниках питания, пока в конце концов не были заменены сначала на селен, а затем на кремниевые выпрямители в 1960-х годах.
Триоды
Первоначально лампы в радиосхемах использовались только для исправление, а не усиление. В 1906 г. Роберт фон Либен подал заявку на патент[16] для электронно-лучевая трубка который включал магнитное отклонение. Это могло использоваться для усиления аудиосигналов и предназначалось для использования в телефонном оборудовании. Позже он поможет уточнить триод вакуумная труба.
Тем не мение, Ли Де Форест ему приписывают изобретение триодной лампы в 1907 году, когда он экспериментировал с улучшением своего оригинала (диода). Audion. Поместив дополнительный электрод между нитью накала (катод ) и пластина (анод), он обнаружил способность полученного устройства усиливать сигналы. Поскольку напряжение, приложенное к сетка управления (или просто «сетка») было понижено с катодного напряжения до несколько более отрицательных напряжений, количество тока от нити накала к пластине было бы уменьшено.
Отрицательное электростатическое поле, создаваемое сеткой вблизи катода, будет препятствовать прохождению испускаемых электронов и уменьшать ток к пластине. Таким образом, разница в несколько вольт в сети приведет к значительному изменению тока пластины и может привести к гораздо большему изменению напряжения на пластине; результатом было напряжение и мощность усиление. В 1908 году Де Форест получил патент (Патент США 879 532 ) для такой трехэлектродной версии его оригинального Audion для использования в качестве электронного усилителя в радиосвязи. Со временем это стало известно как триод.
Оригинальное устройство Де Фореста было изготовлено по традиционной вакуумной технологии. Вакуум не был «жестким вакуумом», а оставлял очень небольшое количество остаточного газа. Физика работы устройства также не была установлена. Остаточный газ вызовет голубое свечение (видимая ионизация), когда напряжение на пластине будет высоким (выше примерно 60 вольт). В 1912 году Де Форест передал Audion Гарольду Арнольду в инженерный отдел AT&T. Арнольд рекомендовал AT&T приобрести патент, и AT&T последовала его рекомендации. Арнольд разработал высоковакуумные лампы, которые летом 1913 года были испытаны в сети дальней связи AT&T.[17] Высоковакуумные лампы могли работать при высоких напряжениях на пластинах без синего свечения.
Финский изобретатель Эрик Тигерстедт значительно улучшил первоначальную конструкцию триода в 1914 году, работая над его звук на пленке процесс в Берлине, Германия. Инновация Тигерстедта заключалась в том, чтобы сделать электроды концентрическими цилиндрами с катодом в центре, что значительно увеличило сбор испускаемых электронов на аноде.[18]
Ирвинг Ленгмюр на General Electric исследовательская лаборатория (Скенектади, Нью-Йорк ) улучшился Вольфганг Геде с высоковакуумный диффузионный насос и использовал его для решения вопроса о термоэлектронной эмиссии и проводимости в вакууме. Следовательно, General Electric начала производить триоды с жестким вакуумом (которые назывались Pliotron) в 1915 году.[19] Ленгмюр запатентовал жесткий вакуумный триод, но Де Форест и AT&T успешно заявили о своем приоритете и аннулировали патент.
За плиотронами последовали французские 'TM ', а затем английский тип' R ', которые широко использовались союзными военными к 1916 году. Исторически уровень вакуума в промышленных электронных лампах обычно составлял от 10 мкПа до 10 нПа.[20]
Триод и его производные (тетроды и пентоды) являются крутизна устройства, в которых управляющий сигнал, подаваемый на сеть, представляет собой Напряжение, а результирующий усиленный сигнал, появляющийся на аноде, представляет собой Текущий. Сравните это с поведением биполярный переходной транзистор, в котором управляющий сигнал - это ток, а выход - тоже ток.
Для электронных ламп крутизна или взаимная проводимость (граммм) определяется как изменение тока пластины (анода) / катода, деленное на соответствующее изменение напряжения сетки на катоде с постоянным напряжением пластины (анода) на катоде. Типичные значения граммм для малосигнальной вакуумной лампы от 1 до 10 миллисименс. Это одна из трех констант вакуумной лампы, две другие - это коэффициент усиления μ и сопротивление пластины. рп или же ра. Уравнение Ван дер Бейла определяет их взаимосвязь следующим образом:
Нелинейная рабочая характеристика триода заставляла ранние ламповые усилители звука демонстрировать гармонические искажения при низкой громкости. Построив график зависимости тока пластины от приложенного напряжения сети, было видно, что существует диапазон напряжений сети, для которого передаточные характеристики были приблизительно линейными.
Чтобы использовать этот диапазон, к сети необходимо было приложить отрицательное напряжение смещения для позиционирования ОКРУГ КОЛУМБИЯ рабочая точка в линейной области. Это называлось состоянием холостого хода, а ток пластины в этой точке - «током холостого хода». Управляющее напряжение накладывалось на напряжение смещения, что приводило к линейному изменению тока пластины в ответ на положительное и отрицательное изменение входного напряжения вокруг этой точки.
Эта концепция называется смещение сетки. Многие ранние радиоприемники имели третью батарею, называемую "батареей C" (не имеющей отношения к современным C ячейка, для чего буква обозначает его размер и форму). Положительная клемма батареи C была подключена к катоду ламп (или «земле» в большинстве схем), и отрицательная клемма которой подавала это напряжение смещения на сетки ламп.
В более поздних схемах, после того, как лампы были сделаны с нагревателями, изолированными от их катодов, использовали катодное смещение, избегая необходимости в отдельном отрицательном источнике питания. Для смещения катода между катодом и землей подключается относительно небольшой резистор. Это делает катод положительным по отношению к сети, которая имеет потенциал земли для постоянного тока.
Однако батареи C продолжали входить в состав некоторого оборудования даже после того, как батареи «A» и «B» были заменены питанием от сети переменного тока. Это было возможно, потому что эти батареи практически не потребляли ток; таким образом, они могли прослужить много лет (часто дольше, чем все трубки) без необходимости замены.
Когда триоды были впервые использованы в радиопередатчиках и приемниках, было обнаружено, что настроенные каскады усиления имеют тенденцию к колебаниям, если их усиление не было очень ограниченным. Это произошло из-за паразитной емкости между пластиной (выходом усилителя) и управляющей сеткой (входом усилителя), известной как Емкость Миллера.
В конце концов техника нейтрализация Был разработан ВЧ трансформатор, соединенный с пластиной (анодом), имел бы дополнительную обмотку в противофазе. Эта обмотка будет подключена обратно к сети через небольшой конденсатор, и при правильной настройке погаснет емкость Миллера. Этот метод был использован и привел к успеху Нейтродин радио в 1920-х годах, однако нейтрализация требовала тщательной настройки и оказалась неудовлетворительной при использовании в широком диапазоне частот.
Тетроды и пентоды
Для решения проблем со стабильностью и ограниченного усиления напряжения из-за Эффект Миллера, физик Уолтер Х. Шоттки изобрел трубку тетрода в 1919 году.[21] Он показал, что добавление второй сетки, расположенной между управляющей сеткой и пластиной (анодом), известной как сетка экрана, может решить эти проблемы. («Экран» в данном случае относится к электрическому «экранированию» или экранированию, а не к физической конструкции: все «сеточные» электроды между катодом и пластиной являются своего рода «экранами», а не твердыми электродами, поскольку они должны обеспечивать прохождение электроны прямо с катода на пластину). К нему прикладывалось положительное напряжение, немного меньшее, чем напряжение на пластине (аноде), и было обойден (для высоких частот) на землю с помощью конденсатора. Эта конструкция отделяла анод от сетка управления, по существу устраняя емкость Миллера и связанные с ней проблемы. Постоянное напряжение экрана также уменьшало влияние анодного напряжения на объемный заряд. В тех случаях, когда отношение управления током пластины к управлению током пластины (коэффициент усиления) обычно находится в диапазоне от менее десяти до, возможно, 100, коэффициенты усиления тетрода легко превышали 500. Следовательно, стало возможным более высокое усиление напряжения от одной лампы, что уменьшало количество ламп, необходимое во многих цепях. Эта двухсеточная трубка называется тетрод, что означает четыре активных электрода, и был обычным явлением к 1926 году.
Однако у тетрода была одна новая проблема. В любой трубке электроны ударяются об анод с достаточной энергией, чтобы вызвать эмиссию электронов с его поверхности. В триоде это так называемое вторичная эмиссия электронов не имеет значения, поскольку они просто повторно захватываются более положительным анодом (пластиной). Но в тетроде они могут быть захвачены сеткой экрана (таким образом, также действующей как анод), поскольку она также находится под высоким напряжением, что лишает их тока пластины и снижает усиление устройства. Поскольку вторичных электронов может быть больше, чем первичных, в худшем случае, особенно когда напряжение пластины падает ниже напряжения экрана, ток пластины может уменьшаться с увеличением напряжения пластины. Это так называемый «тетрод кинк» и является примером отрицательное сопротивление что само по себе может вызвать нестабильность.[22] В противном случае нежелательное отрицательное сопротивление было использовано для создания простой схемы генератора, требующей только подключения пластины к резонансному LC-цепь колебаться; это было эффективно в широком диапазоне частот. Так называемой динатронный генератор таким образом работает по тому же принципу отрицательного сопротивления, что и туннельный диод осциллятор много лет спустя. Еще одно нежелательное последствие вторичной эмиссии состоит в том, что в крайних случаях на сетку экрана может поступать достаточно заряда, чтобы перегреться и разрушить ее.Более поздние тетроды обрабатывали аноды для уменьшения вторичной эмиссии; более ранние, такие как пентод с острым отсечением типа 77, соединенный как тетрод, сделали динатроны лучше.
Решением было добавить еще одну сетку между сеткой экрана и основным анодом, названную глушитель сетки (поскольку он подавлял вторичный ток эмиссии к экранной сетке). Эта сетка удерживалась при катодном (или «заземляющем») напряжении, а его отрицательное напряжение (относительно анода) электростатически отталкивало вторичные электроны, так что они все-таки собирались анодом. Эта трехсеточная трубка называется пентод, что означает пять электродов. Пентод был изобретен в 1926 г. Бернар Д. Х. Теллеген[23] и стал более предпочтительным, чем простой тетрод. Пентоды делятся на два класса: с сеткой подавителя, подключенной внутри к катоду (например, EL84 / 6BQ5), и с сеткой подавителя, подключенной к отдельному контакту для доступа пользователя (например, 803, 837). Альтернативным решением для силовых приложений является лучевой тетрод или "силовая трубка луча", обсуждаемая ниже.
Многофункциональные и многосекционные пробирки
Супергетеродинные приемники требуется гетеродин и Смеситель, объединенные в функции единого пентагридный преобразователь трубка. Различные альтернативы, такие как использование комбинации триод с гексод и даже октода были использованы для этой цели. Дополнительные сетки включают решетки управления (при низком потенциале) и сетка экрана (при высоком напряжении). Во многих конструкциях такая сетка экрана используется в качестве дополнительного анода для обеспечения обратной связи для функции генератора, ток которой складывается с током входящего радиочастотного сигнала. Таким образом, пятигранный преобразователь стал широко использоваться в AM-приемниках, в том числе в миниатюрной ламповой версии "Вся американская пятерка «Октоды, такие как 7A8, редко использовались в Соединенных Штатах, но гораздо чаще использовались в Европе, особенно в радиоприемниках с батарейным питанием, где более низкое энергопотребление было преимуществом.
Чтобы еще больше снизить стоимость и сложность радиооборудования, две отдельные структуры (например, триод и пентод) могут быть объединены в лампу одного многосекционная трубка. Ранним примером является Loewe 3NF. Это устройство 1920-х годов имеет три триода в единой стеклянной оболочке вместе со всеми фиксированными конденсаторами и резисторами, необходимыми для создания полноценного радиоприемника. Поскольку в наборе Loewe было только одно гнездо для трубки, он мог существенно снизить конкуренцию, поскольку в Германии государственный налог взимался в зависимости от количества гнезд. Однако надежность оказалась под угрозой, и затраты на производство трубки были намного выше. В некотором смысле они были похожи на интегральные схемы. В США компания Cleartron на короткое время произвела тройной триод Multivalve для использования в ресивере Emerson Baby Grand. Этот набор Emerson также имеет одно гнездо для трубки, но поскольку в нем используется четырехконтактное основание, соединения дополнительных элементов выполняются на «антресольной» платформе в верхней части основания для трубки.
К 1940 г. многосекционные трубки стали обычным явлением. Однако были ограничения из-за патентов и других лицензионных соображений (см. Британская ассоциация клапанов ). Ограничения из-за количества внешних контактов (выводов) часто вынуждали функции совместно использовать некоторые из этих внешних подключений, такие как их катодные подключения (в дополнение к подключению нагревателя). RCA Type 55 - это двойной диодный триод используется как детектор, автоматическая регулировка усиления выпрямитель и аудио предусилитель в ранних радиоприемниках с питанием от переменного тока. Эти наборы часто включают 53 Dual Triode Audio Output. Другой ранний тип многосекционных трубок, 6СН7, представляет собой «сдвоенный триод», который выполняет функции двух триодных ламп, занимая вдвое меньше места и дешевле. 12AX7 представляет собой двойную "high mu" (усиление высокого напряжения[24][25][26]) триод в миниатюрном корпусе и стал широко использоваться в усилителях звуковых сигналов, инструментах и гитарные усилители.
Введение миниатюрного основания трубки (см. Ниже), которое может иметь 9 штифтов, больше, чем было доступно ранее, позволило ввести другие многосекционные трубки, такие как 6GH8 / ECF82 триод-пентод, довольно популярный в телевизионных приемниках. Желание объединить еще больше функций привело к созданию General Electric. Компактрон который имеет 12 контактов. Типичный пример, 6AG11, содержит два триода и два диода.
Некоторые обычные трубки не попадают в стандартные категории; 6AR8, 6JH8 и 6ME8 имеют несколько общих сеток, за которыми следует пара отклонение луча электроды, отклоняющие ток к любому из двух анодов. Иногда их называли трубками из листовой стали и использовали в некоторых цветных телевизорах для цвет демодуляция. Аналогичный 7360 был популярен как сбалансированный SSB (де) модулятор.
Ламповые силовые лампы
В луч Силовая трубка обычно представляет собой тетрод с добавлением формирующих пучок электродов, заменяющих решетку-глушитель. Эти угловые пластины (не путать с анод ) фокусируют поток электронов на определенные точки на аноде, которые могут выдерживать тепло, выделяемое ударом огромного количества электронов, а также обеспечивать поведение пентода. Расположение элементов в силовой трубке луча использует конструкцию, называемую «геометрией критического расстояния», которая минимизирует «перегиб тетрода», пластину для управления емкостью сетки, током сетки экрана и вторичной эмиссией от анода, тем самым увеличивая преобразование мощности. эффективность. Управляющая сетка и сетка экрана также намотаны с одинаковым шагом или числом проводов на дюйм. Обмотки проводов управляющей и экранной сетки выровнены так, что экранная сетка находится в «тени» управляющей сетки. Две сетки расположены так, что управляющая сетка создает «листы» электронов, которые проходят между проводами сетки экрана.
Выравнивание проводов сети также помогает уменьшить ток экрана, который представляет собой потерянную энергию. Такая конструкция помогает преодолеть некоторые практические препятствия на пути создания мощных и высокоэффективных силовых ламп. Инженеры EMI Кэбот Булл и Сидни Родда разработали дизайн, который стал 6L6, первая популярная лучевая лампа, представленная RCA в 1936 г. и позже соответствующие лампы в Европе KT66, КТ77 и KT88 сделано Клапан Маркони-Осрам филиал GEC (KT означает "Kinkless Tetrode").
«Пентодная работа» лучевых силовых трубок часто описывается в справочниках и технических данных производителей, что приводит к некоторой путанице в терминологии. Хотя они не являются строго пентодами, их общее электрическое поведение аналогично.
Варианты конструкции 6L6 до сих пор широко используются в ламповых гитарных усилителях, что делает их одним из самых долгоживущих семейств электронных устройств в истории. Подобные стратегии проектирования используются при создании больших керамических силовых тетродов, используемых в радиопередатчиках.
Лампы мощности луча могут быть подключены как триоды для улучшения качества звука, но в триодном режиме выходная мощность значительно снижается.
Газонаполненные трубки
Газонаполненные трубки Такие как разрядные трубки и холодный катод трубки не жесткий вакуумные трубки, хотя всегда заполнены газом с давлением ниже атмосферного на уровне моря. Такие типы, как трубка регулятора напряжения и тиратрон напоминают жесткие электронные лампы и подходят для гнезд, предназначенных для электронных ламп. Их характерное оранжевое, красное или пурпурное свечение во время работы указывает на присутствие газа; электроны, текущие в вакууме, не излучают свет в этой области. Эти типы могут по-прежнему называться «электронными лампами», поскольку они выполняют электронные функции. Использование мощных выпрямителей Меркурий пара для достижения более низкого прямого падения напряжения, чем в высоковакуумных лампах.
Миниатюрные трубки
Ранние трубки использовали металлическую или стеклянную оболочку поверх изоляционного бакелит основание. В 1938 году была разработана технология использования цельностеклянной конструкции.[27] булавками, вплавленными в стеклянную основу конверта. Это было использовано в конструкции гораздо меньшей трубки, известной как миниатюрная трубка, имеющая семь или девять штырей. Уменьшение размеров ламп уменьшало напряжение там, где они могли безопасно работать, а также уменьшало рассеиваемую мощность нити накала. Миниатюрные лампы стали преобладающими в потребительских приложениях, таких как радиоприемники и усилители Hi-Fi. Однако более крупные старые стили продолжали использоваться, особенно как более мощные. выпрямители, в выходных каскадах аудиосигнала большей мощности и в передающих трубках.
Субминиатюрные трубки
Субминиатюрные трубки размером примерно с половину сигареты использовались в одной из самых ранних моделей универсального назначения. цифровые компьютеры, Jaincomp-B производства компании Jacobs Instrument Company,[28][а] и потребительские приложения в качестве усилителей слуховых аппаратов. Эти трубки не имели контактов, вставляемых в розетку, но были припаяны на месте. "желудь трубка "(названный из-за формы) также был очень маленьким, как и RCA в металлическом корпусе. нувистор с 1959 г., размером с наперсток. Нувистор был разработан, чтобы конкурировать с ранними транзисторами, и работал на более высоких частотах, чем те ранние транзисторы. Небольшой размер поддерживает особо высокочастотную работу; нувисторы использовались в авиационных радиоприемниках, УВЧ телевизионные тюнеры и некоторые тюнеры HiFi FM (Sansui 500A) до тех пор, пока не будут заменены высокочастотными транзисторами.
Улучшения в конструкции и производительности
Первые вакуумные лампы сильно напоминали лампы накаливания и производились производителями ламп, у которых было оборудование, необходимое для производства стеклянных колб и вакуумные насосы требуется для эвакуации ограждений. Де Форест использовал Генрих Гайсслер ртутный поршневой насос, оставивший после себя частичную вакуум. Развитие диффузионный насос в 1915 г. и усовершенствование Ирвинг Ленгмюр привело к развитию высоковакуумных ламп. После Первой мировой войны были созданы специализированные производители, использующие более экономичные методы строительства, чтобы удовлетворить растущий спрос на радиоприемники. Голые вольфрамовые нити работали при температуре около 2200 ° C. Разработка филаментов с оксидным покрытием в середине 1920-х гг. Рабочая Температура до тускло-красного тепла (около 700 ° C), что, в свою очередь, уменьшило тепловую деформацию конструкции трубы и позволило более близкое расстояние между элементами трубы. Это, в свою очередь, улучшило коэффициент усиления лампы, поскольку коэффициент усиления триода обратно пропорционален расстоянию между сеткой и катодом. Голые вольфрамовые нити продолжают использоваться в небольших передающих трубках, но они хрупкие и имеют тенденцию к разрушению при грубом обращении, например. в почтовых службах. Эти трубки лучше всего подходят для стационарного оборудования, где отсутствуют удары и вибрация. Со временем электронные лампы стали намного меньше.
Катоды с косвенным нагревом
Желание запитать электронное оборудование от сети переменного тока столкнулось с трудностями, связанными с питанием нитей ламп, поскольку они также были катодом каждой лампы. Питание нитей напрямую от силовой трансформатор вводил гул сетевой частоты (50 или 60 Гц) в аудиокаскады. Изобретение «эквипотенциального катода» уменьшило эту проблему, поскольку нити питаются от сбалансированной обмотки силового трансформатора переменного тока, имеющей заземленный центральный отвод.
Лучшим решением, которое позволяло каждому катоду «плавать» при разном напряжении, был катод с косвенным нагревом: цилиндр из никеля с оксидным покрытием действовал как катод, излучающий электроны, и был электрически изолирован от нити накала внутри него. . Катоды с косвенным нагревом позволяют отделить катодную цепь от цепи нагревателя. Нить накала, которая больше не была электрически связана с электродами трубки, стала известна просто как «нагреватель» и могла питаться от сети переменного тока без какого-либо гула.[29] В 1930-е годы катодные лампы с косвенным нагревом получили широкое распространение в оборудовании, использующем переменный ток. Катодные трубки с прямым нагревом продолжали широко использоваться в оборудовании с батарейным питанием, поскольку их нити требовали значительно меньшей мощности, чем нагреватели, необходимые для катодов с косвенным нагревом.
Лампочки, разработанные для аудио приложений с высоким коэффициентом усиления, могут иметь скрученные провода нагревателя, чтобы нейтрализовать паразитные электрические поля, поля, которые могут вызвать нежелательный шум в материале программы.
Нагреватели могут быть запитаны как переменным (AC), так и постоянным (DC) током. Постоянный ток часто используется там, где требуется низкий гул.
Использование в электронных компьютерах
Вакуумные лампы, используемые в качестве переключателей, впервые сделали электронные вычисления возможными, но их стоимость и относительно короткие. среднее время до отказа трубок были ограничивающими факторами.[30] «Распространенное мнение заключалось в том, что клапаны, которые, как и электрические лампочки, содержали горячую светящуюся нить накала, никогда не могли удовлетворительно использоваться в больших количествах, поскольку они были ненадежными, а в большой установке слишком много выходило из строя за слишком короткое время».[31] Томми Флауэрс, который позже разработал Колосс, «обнаружил, что, пока клапаны были включены и оставлены включенными, они могли надежно работать в течение очень долгого времени, особенно если их« нагреватели »работали на пониженном токе».[31] В 1934 году Флауэрс построил успешную экспериментальную установку, используя более 3000 трубок в небольших независимых модулях; при выходе из строя трубки можно было выключить один модуль и продолжить работу других, что снизило риск выхода из строя другой трубки; эта установка была принята Почта России (которые управляли телефонными станциями). Флауэрс также был пионером в использовании ламп настолько быстро (по сравнению с электромеханическими устройствами). электронные переключатели. Более поздние исследования подтвердили, что ненадежность трубки не была такой серьезной проблемой, как обычно считалось; 1946 год ENIAC, с более чем 17000 пробирок, отказы трубок (на поиск которых требовалось 15 минут) происходили в среднем каждые два дня. Качество трубок было решающим фактором, и отвлечение квалифицированных специалистов во время Второй мировой войны снизило общее качество трубок.[32] Во время войны Колосс сыграл важную роль в взломе немецких кодексов. После войны разработка ламповых компьютеров продолжилась, в том числе и военные. ENIAC и Вихрь, то Ферранти Марк 1 (один из первых коммерчески доступных электронных компьютеров), и UNIVAC I, также имеется в продаже.
Достижения в области использования сверхминиатюрных ламп включают серию машин Jaincomp, произведенных компанией Jacobs Instrument Company из Бетесды, штат Мэриленд. В таких моделях, как Jaincomp-B, использовалось всего 300 таких ламп в настольном устройстве, которое предлагало производительность, чтобы конкурировать со многими из тогдашних машин размером с комнату.[28]
Колосс
Colossus Флауэрса и его преемник Colossus Mk2 были построены англичанами во время Второй мировой войны, чтобы существенно ускорить задачу выхода из немецкого высокого уровня. Шифрование Лоренца. Используя около 1500 электронных ламп (2400 для Mk2), Colossus заменил более раннюю машину, основанную на логике реле и переключателей ( Хит Робинсон ). Колосс мог за считанные часы вскрывать сообщения, на которые раньше уходило несколько недель; К тому же он был намного надежнее.[31] Колосс был первым использованием электронных ламп. работая вместе в таком большом масштабе для одной машины.[31]
После того, как Colossus был построен и установлен, он работал непрерывно, питаясь от двойных резервных дизель-генераторов, при этом электроснабжение военного времени считалось слишком ненадежным. Единственный раз, когда он был отключен, было преобразование в Mk2, что добавило больше ламп. Еще девять Colossus Mk2 были построены. Каждый Mk2 потреблял 15 киловатт; большая часть мощности приходилась на трубчатые нагреватели.
Реконструкция Колосса была начата в 1996 году; модернизирован до конфигурации Mk2 в 2004 году; он нашел ключ для военного немца зашифрованный текст в 2007.[33]
Вихревые и «особые» лампы
Чтобы удовлетворить требованиям надежности цифрового компьютера Whirlwind в США в 1951 году, были произведены лампы «особого качества» с увеличенным сроком службы, в частности, долговечный катод. Проблема короткого срока службы в основном связана с испарением кремний, используемый в вольфрам сплава для облегчения протяжки нагревательного провода. Формы кремния ортосиликат бария на границе между никелевой гильзой и катодом оксид бария покрытие.[7]:301 Этот «катодный интерфейс» представляет собой слой с высоким сопротивлением (с некоторой параллельной емкостью), который значительно снижает катодный ток, когда трубка переключается в режим проводимости.[34]:224 Удаление кремния из сплава проволоки нагревателя (и более частая замена провод Рисование умирает ) позволил производить трубы, которые были достаточно надежными для проекта Whirlwind. Никелевые трубки и катодные покрытия высокой чистоты, не содержащие таких материалов, как силикаты и алюминий, который может снизить коэффициент излучения, также способствует увеличению срока службы катода.
Первой такой «компьютерной лампой» была Sylvania 7AK7 пентод 1948 года (они заменили 7AD7, который должен был быть лучше стандартного 6AG7, но оказался слишком ненадежным).[35]:59 Компьютеры были первыми ламповыми устройствами, которые запускали трубки с отсечкой (достаточное отрицательное напряжение в сети, чтобы они перестали проводить проводимость) в течение довольно продолжительных периодов времени. Работа в режиме отсечки с включенным нагревателем ускоряет отравление катода, и выходной ток лампы будет значительно снижен при переключении в режим проводимости.[34]:224 Лампы 7AK7 помогли решить проблему отравления катода, но одного этого было недостаточно для достижения требуемой надежности.[35]:60 Дальнейшие меры включали отключение напряжения нагревателя, когда от трубок не требовалось проводить длительное время, включение и выключение напряжения нагревателя с медленным нарастанием во избежание тепловой удар на нагревательном элементе,[34]:226 и Стресс-тестирование лампы во время периодов автономного обслуживания, чтобы вызвать ранний отказ слабых узлов.[35]:60–61
Трубки, разработанные для Whirlwind, позже использовались в гигантском МУДРЕЦ компьютерная система ПВО. К концу 1950-х годов для ламп слабого сигнала особого качества было обычным делом прослужить сотни тысяч часов при консервативной эксплуатации. Эта повышенная надежность также сделала усилители среднего кабеля в подводные кабели возможный.
Выработка тепла и охлаждение
При работе трубок выделяется значительное количество тепла как от нити накала (нагревателя), так и от потока электронов, бомбардирующего пластину. В усилителях мощности этот источник тепла больше, чем нагрев катода. Некоторые типы трубок позволяют работать с анодами при тусклом красном нагреве; у других типов красный жар указывает на сильную перегрузку.
Требования к отводу тепла могут существенно изменить внешний вид мощных электронных ламп. Усилители звука и выпрямители высокой мощности требовали больших огибающих для рассеивания тепла. Передающие трубки могут быть еще больше.
Тепло уходит из устройства излучение черного тела от анода (пластины) как инфракрасное излучение, так и за счет конвекции воздуха над оболочкой трубки.[36] Конвекция невозможно внутри большинства трубок, так как анод окружен вакуумом.
Трубки, которые выделяют относительно мало тепла, такие как трубки прямого нагрева с нитью на 1,4 В, предназначенные для использования в оборудовании с батарейным питанием, часто имеют блестящие металлические аноды. 1T4, 1R5 и 1A7 являются примерами. Газонаполненные трубки, такие как тиратроны может также использоваться блестящий металлический анод, поскольку газ, присутствующий внутри трубки, обеспечивает конвекцию тепла от анода к стеклянному корпусу.
Анод часто обрабатывают, чтобы его поверхность излучала больше инфракрасной энергии. Ламповые усилители мощности разработаны с внешними анодами, которые могут охлаждаться конвекцией, принудительным воздухом или циркулирующей водой. Водоохлаждаемый 80 кг, 1,25 МВт 8974 является одним из крупнейших коммерческих пробирок, доступных сегодня.
В трубке с водяным охлаждением анодное напряжение появляется непосредственно на поверхности охлаждающей воды, поэтому вода должна быть электрическим изолятором для предотвращения утечки высокого напряжения через охлаждающую воду в радиаторную систему. Обычно поставляемая вода содержит ионы, проводящие электричество; деионизированная вода, требуется хороший изолятор. Такие системы обычно имеют встроенный монитор проводимости воды, который отключит подачу высокого напряжения, если проводимость станет слишком высокой.
Экранная сетка также может выделять значительное количество тепла. Пределы рассеяния сетки экрана, помимо рассеяния пластины, указаны для силовых устройств. Если они превышены, вероятен отказ трубки.
Пакеты трубок
Большинство современных трубок имеют стеклянные колбы, но металлические, плавленый кварц (кремнезем ) и керамика также использовались. В первой версии 6L6 использовалась металлическая оболочка, запечатанная стеклянными шариками, в то время как стеклянный диск, сплавленный с металлом, использовался в более поздних версиях. Металл и керамика используются почти исключительно для силовых ламп с рассеиваемой мощностью более 2 кВт. В нувистор представляла собой современную приемную трубку с очень маленьким корпусом из металла и керамики.
Внутренние элементы ламп всегда подключались к внешним схемам через контакты на их основании, которые вставляются в розетку. Сверхминиатюрные лампы производились с использованием проволочных выводов, а не розеток, однако их применение было ограничено. В дополнение к соединениям в основании лампы, многие ранние триоды соединяли сетку с помощью металлической заглушки наверху трубки; это уменьшает количество случайных емкость между сеткой и пластиной ведет. Заглушки для трубок также использовались для соединения пластин (анодов), особенно в передающих трубках и трубках, использующих очень высокое напряжение на пластине.
Трубки высокой мощности, такие как передающие трубки, имеют корпуса, предназначенные для улучшения теплопередачи. В некоторых трубках металлическая оболочка также является анодом. 4CX1000A - это такая трубка с внешним анодом. Воздух проходит через решетку ребер, прикрепленных к аноду, тем самым охлаждая его. Силовые трубки с этой схемой охлаждения имеют мощность рассеяния до 150 кВт. Выше этого уровня используется охлаждение водой или водяным паром. На данный момент самая мощная лампа доступна Eimac 4CM2500KG, силовой тетрод с принудительным водяным охлаждением, способный рассеивать 2,5 мегаватта.[37] Для сравнения, самый большой силовой транзистор может рассеивать только около 1 киловатта.
Имена
Общее название «[термоэлектронный] клапан», используемое в Великобритании, происходит от однонаправленного потока тока, допускаемого самым ранним устройством, термоэмиссионным диодом, излучающим электроны из нагретой нити накала, по аналогии с невозвратным. клапан в водопроводе.[38] Американские названия «вакуумная трубка», «электронная трубка» и «термоэлектронная трубка» просто описывают трубчатую оболочку, которая откачана («вакуум»), имеет нагреватель и контролирует поток электронов.
Во многих случаях производители и военные давали трубкам обозначения, в которых ничего не говорилось об их назначении (например, 1614). Раньше некоторые производители использовали собственные названия, которые могли передавать некоторую информацию, но только об их продуктах; КТ66 и КТ88 были «бескинковыми тетродами». Позже потребительским трубкам были даны названия, которые передавали некоторую информацию, с тем же именем, часто используемым в общем несколькими производителями. В США, Ассоциация производителей радиоэлектроники и телевидения (РЕТМА) обозначения состоят из числа, за которым следуют одна или две буквы и цифра. Первое число - это (округленное) напряжение нагревателя; буквы обозначают конкретную трубку, но ничего не говорят о ее устройстве; и последнее число - это общее количество электродов (без различия, скажем, между трубкой с множеством электродов или двумя наборами электродов в одной оболочке - например, двойным триодом). Например, 12AX7 представляет собой двойной триод (два комплекта по три электрода плюс нагреватель) с нагревателем на 12,6 В (который, как оказалось, также можно подключить для работы от 6,3 В). «ТОПОР» не имеет другого значения, кроме обозначения этой конкретной трубки в соответствии с ее характеристиками. Аналогичными, но не идентичными лампами являются 12AD7, 12AE7 ... 12AT7, 12AU7, 12AV7, 12AW7 (редко!), 12AY7 и 12AZ7.
Система, широко используемая в Европе, известная как Обозначение трубки Малларда – Филипса, также распространенный на транзисторы, использует букву, за которой следуют еще одна или несколько букв и число. Обозначение типа указывает напряжение или ток нагревателя (одна буква), функции всех секций трубки (одна буква на секцию), тип розетки (первая цифра) и конкретную трубку (оставшиеся цифры). Например, ECC83 (эквивалент 12AX7) представляет собой двойной триод (CC) 6,3 В (E) с миниатюрным основанием (8). В этой системе трубки особого качества (например, для длительного использования на компьютере) обозначаются перемещением числа сразу после первой буквы: E83CC является эквивалентом ECC83 особого качества, E55L - силовым пентодом, не имеющим эквивалента для потребителей. .
Трубы специального назначения
Некоторые специальные трубы сконструированы с определенными газами в оболочке. Например, трубки регулятора напряжения содержат различные инертные газы Такие как аргон, гелий или же неон, который будет ионизировать при прогнозируемых напряжениях. В тиратрон представляет собой трубку специального назначения, заполненную газом низкого давления или парами ртути. Как и в электронных лампах, он содержит горячий катод и анод, а также управляющий электрод, который ведет себя как сетка триода. Когда управляющий электрод начинает проводить, газ ионизируется, после чего управляющий электрод больше не может останавливать ток; трубка «защелкивается» в проводимости. Снятие анодного (пластинчатого) напряжения позволяет газу деионизировать, восстанавливая его непроводящее состояние.
Некоторые тиратроны могут нести большие токи для своих физических размеров. Одним из примеров является миниатюрный тип 2D21, который часто можно было увидеть в 1950-х годах. музыкальные автоматы как переключатели управления для реле. Версия тиратрона с холодным катодом, в которой в качестве катода используется лужа ртути, называется тиратроном. игнитрон; некоторые могут переключать тысячи ампер. Тиратроны, содержащие водород, имеют очень постоянную временную задержку между их импульсом включения и полной проводимостью; они ведут себя как современные выпрямители с кремниевым управлением, также называемый тиристоры из-за их функционального сходства с тиратронами. Водородные тиратроны давно используются в радиолокационных передатчиках.
Специализированная трубка - это Критрон, который используется для быстрого переключения высокого напряжения. Критроны используются для инициирования взрывов, используемых для запуска ядерное оружие; критроны жестко контролируются на международном уровне.
Рентгеновские трубки используются в медицинской визуализации среди прочего. Рентгеновские трубки, используемые для непрерывной работы во флюороскопии и КТ оборудование может использовать сфокусированный катод и вращающийся анод для рассеивания большого количества тепла, генерируемого при этом. Они размещены в маслонаполненном алюминиевом корпусе для охлаждения.
В фотоумножитель это чрезвычайно чувствительный датчик света, использующий фотоэлектрический эффект и вторичная эмиссия вместо термоэлектронной эмиссии, чтобы генерировать и усиливать электрические сигналы. Оборудование для визуализации ядерной медицины и жидкостные сцинтилляционные счетчики использовать массивы фотоумножителей для обнаружения малой интенсивности мерцание из-за ионизирующего излучения.
Трубка Ignatron использовалась в оборудовании для контактной сварки в начале 1970-х годов. Игнатрон имел катод, анод и воспламенитель. Основание трубки было заполнено ртутью, и трубка использовалась в качестве переключателя очень сильного тока. Между анодом и катодом трубки был помещен большой потенциал тока, но он позволял проводить ток только тогда, когда воспламенитель, контактирующий с ртутью, имел достаточный ток, чтобы испарить ртуть и замкнуть цепь. Поскольку это использовалось при сварке сопротивлением, было два игнатрона для двух фаз цепи переменного тока. Из-за ртути на дне трубы их было чрезвычайно трудно транспортировать. Эти лампы в конечном итоге были заменены на SCR (кремниевые выпрямители).
Питание трубки
Аккумуляторы
Аккумуляторы обеспечивали напряжение, необходимое для ламп в ранних радиоприемниках. Обычно требовалось три разных напряжения при использовании трех разных батарей, обозначенных как А, B, и C аккумулятор. В "Батарея или аккумулятор низкого напряжения (низковольтный), обеспечивающий напряжение накала. Трубчатые нагреватели проектировались одно-, двух- или трехэлементными. свинцово-кислотные батареи, обеспечивающие номинальное напряжение нагревателя 2 В, 4 В или 6 В. В портативных радиоприемниках сухие батареи иногда использовались с нагревателями на 1,5 или 1 В. Уменьшение расхода нити накаливания продлило срок службы батарей. К 1955 году, ближе к концу эпохи ламп, были разработаны лампы, потребляющие только от 50 мА до 10 мА для нагревателей.[39]
Высокое напряжение, подаваемое на анод (пластину), обеспечивалось Батарея "B" или HT (высоковольтный) источник питания или аккумулятор. Обычно это были сухая ячейка конструкции и обычно выпускались в версиях на 22,5, 45, 67,5, 90, 120 или 135 В. После того, как использование B-батарей было прекращено и выпрямленное сетевое питание использовалось для производства высокого напряжения, необходимого для пластин ламп, термин "B +" сохранился в США, когда относился к источнику высокого напряжения, большая часть остальной части англоязычный мир называет это питание просто HT (высокое напряжение).
Ранние наборы использовали батарею смещения сетки или "C" аккумулятор который был подключен, чтобы обеспечить отрицательный Напряжение. Поскольку ток не течет через соединение трубки с сетью, эти батареи не потребляли ток и прослужили дольше всего, обычно ограничиваясь их собственным сроком хранения. Питание от сетевой батареи смещения редко, если вообще когда-либо, отключалось, когда радио было иначе выключено. Даже после того, как источники питания переменного тока стали обычным явлением, некоторые радиоприемники продолжали изготавливаться с батареями типа C, поскольку их почти никогда не требовалось заменять. Однако более современные схемы были разработаны с использованием катодное смещение, устраняя необходимость в третьем напряжении питания; это стало практичным с лампами, использующими косвенный нагрев катода, наряду с развитием связи резистор / конденсатор, которая заменила более ранние межкаскадные трансформаторы.
«Батарея C» для смещения - это обозначение, не имеющее отношения к «C ячейка " размер батареи.
Мощность переменного тока
Замена батарей была основной статьей расходов для первых пользователей радиоприемников. Развитие аккумуляторный отсекатель, а в 1925 г. безбатарейные приемники управляется бытовая мощность, снизили эксплуатационные расходы и способствовали росту популярности радио. А источник питания используя трансформатор с несколькими обмотками, одной или несколькими выпрямители (которые сами могут быть вакуумными лампами) и большим фильтром конденсаторы при условии необходимого постоянный ток напряжения от источника переменного тока.
В качестве меры по снижению затрат, особенно в потребительских приемниках большого объема, все трубчатые нагреватели могут быть подключены последовательно через источник переменного тока с использованием нагревателей, требующих одинакового тока и с одинаковым временем нагрева. В одной из таких конструкций отвод на трубке нагревателя подавал 6 вольт, необходимых для подсветки циферблата. За счет получения высокого напряжения от однополупериодного выпрямителя, напрямую подключенного к сети переменного тока, тяжелый и дорогостоящий силовой трансформатор был устранен. Это также позволило таким приемникам работать на постоянном токе, так называемом Конструкция приемника переменного / постоянного тока. Многие производители потребительских AM-радио в США того времени использовали практически идентичную схему, учитывая это прозвище Вся американская пятерка.
Когда сетевое напряжение находилось в диапазоне 100–120 В, это ограниченное напряжение оказалось подходящим только для маломощных приемников. Телевизионные приемники либо требовали трансформатора, либо могли использовать удвоение напряжения схема. Там, где использовалось номинальное сетевое напряжение 230 В, телевизионные приемники также могли обходиться без силового трансформатора.
Бестрансформаторные источники питания требуют мер безопасности при их конструкции, чтобы ограничить опасность поражения электрическим током для пользователей, таких как электрически изолированные шкафы и блокировка привязать шнур питания к задней части шкафа, чтобы сетевой шнур обязательно отключался, если пользователь или обслуживающий персонал открывал шкаф. А обманщик был шнур питания, заканчивающийся в специальной розетке, используемой блокировкой безопасности; После этого обслуживающий персонал может запитать устройство под опасным напряжением.
Чтобы избежать задержки на прогрев, телевизионные приемники "мгновенного включения" пропускали через свои трубки небольшой ток нагрева, даже когда устройство было номинально выключено. При включении подавался полный ток нагрева, и установка практически сразу включалась.
Надежность
Одной из проблем надежности трубок с оксидными катодами является возможность того, что катод может медленно стать "отравлен "молекулами газа из других элементов в трубке, что снижает ее способность испускать электроны. Захваченные газы или медленные утечки газа также могут повредить катод или вызвать утечку тока на пластине (аноде) из-за ионизация свободных молекул газа. Вакуум твердость и правильный выбор конструкционных материалов являются основными факторами, влияющими на срок службы трубы. В зависимости от материала, температуры и конструкции материал поверхности катода может также диффундировать на другие элементы. Резистивные нагреватели, нагревающие катоды, могут сломаться аналогично лампа накаливания нити накаливания, но редко, поскольку они работают при гораздо более низких температурах, чем лампы.
Режим отказа нагревателя обычно представляет собой излом вольфрамовой проволоки или в точке сварки, связанный с напряжением, и обычно возникает после множества тепловых циклов (включение-выключение). Вольфрамовая проволока имеет очень низкое сопротивление при комнатной температуре. Устройство с отрицательным температурным коэффициентом, такое как термистор, могут быть включены в источник питания нагревателя оборудования или может быть использована схема нарастания, позволяющая нагревателю или нити накала достигать рабочей температуры более постепенно, чем при включении в ступенчатом режиме. У недорогих радиоприемников были трубки с последовательно включенными нагревателями с общим напряжением, равным напряжению линии (сети). Некоторые приемники, изготовленные до Второй мировой войны, имели последовательно включенные нагреватели с общим напряжением ниже напряжения сети. У некоторых был резистивный провод, проходящий по длине шнура питания, чтобы понижать напряжение на лампах. У других были резисторы серии, сделанные как обычные лампы; их называли балластными трубами.
После Второй мировой войны трубки, предназначенные для использования в последовательных гирляндах, были модернизированы, чтобы все они имели одинаковое («контролируемое») время нагрева. Более ранние конструкции имели совсем другие тепловые постоянные времени. К примеру, выходной каскад аудиосигнала имел катод большего размера и нагревался медленнее, чем лампы с меньшей мощностью. В результате нагреватели, которые нагреваются быстрее, также временно имели более высокое сопротивление из-за их положительного температурного коэффициента. Это непропорционально высокое сопротивление заставляло их временно работать с напряжениями нагревателя, значительно превышающими их номинальные, и сокращало их срок службы.
Еще одна важная проблема надежности связана с утечкой воздуха в трубку. Обычно кислород в воздухе вступает в химическую реакцию с горячей нитью накала или катодом, быстро разрушая ее. Конструкторы разработали конструкции трубок, которые надежно герметизировались. Вот почему большинство трубок было сделано из стекла. Металлические сплавы (например, Cunife и Фернико ) и стекла были разработаны для лампочек, которые расширяются и сжимаются в одинаковых количествах при изменении температуры. Это упростило создание изолирующей оболочки из стекла при пропускании соединительных проводов через стекло к электродам.
Когда вакуумная лампа перегружена или работает сверх расчетной мощности рассеяния, ее анод (пластина) может светиться красным. В бытовой технике светящаяся пластина всегда является признаком перегруженной трубки. Однако некоторые большие передающие трубки предназначены для работы со своими анодами при красном, оранжевом или, в редких случаях, белом нагреве.
Часто делались версии стандартных ламп "особого качества", разработанные для улучшения характеристик в некоторых отношениях, таких как более длительный срок службы катода, конструкция с низким уровнем шума, механическая прочность за счет усиленных нитей, низкий уровень микрофона, для приложений, в которых лампа будет расходовать большую часть своего времени. отсечка по времени и т. д. Единственный способ узнать особенности детали особого качества - это прочитать техническое описание. Имена могут отражать стандартное имя (12AU7 ==> 12AU7A, его эквивалент ECC82 ==> E82CC и т. Д.) Или быть абсолютно любыми (эквиваленты стандартного и особого качества той же лампы включают 12AU7, ECC82, B329, CV491, E2163. , E812CC, M8136, CV4003, 6067, VX7058, 5814A и 12AU7A).[40]
Самый продолжительный зарегистрированный срок службы клапана был обеспечен пентодным клапаном Mazda AC / P (серийный номер 4418), работающим на заводе BBC главный передатчик Северной Ирландии в Лиснагарви. Клапан находился в эксплуатации с 1935 по 1961 год и имел зарегистрированный срок службы 232 592 часа. BBC вела тщательные записи о жизни своих клапанов, периодически возвращая их в центральные хранилища клапанов.[41][42]
Вакуум
Вакуумной лампе необходим чрезвычайно хороший («жесткий») вакуум, чтобы избежать последствий образования положительных ионов внутри трубки. При небольшом количестве остаточного газа некоторые из этих атомов могут ионизировать при ударе электроном и создают поля, отрицательно влияющие на характеристики трубки. Большое количество остаточного газа может создать самоподдерживающийся видимый тлеющий разряд между трубчатыми элементами.[нужна цитата ] Чтобы избежать этих эффектов, остаточное давление внутри трубки должно быть достаточно низким, чтобы длина свободного пробега электрона намного длиннее, чем размер трубки (поэтому маловероятно, что электрон столкнется с остаточным атомом, и будет присутствовать очень мало ионизированных атомов). Промышленные вакуумные лампы откачиваются при производстве до примерно 0,000001 мм рт. Ст. (1,0×10−6 Торр; 130 мкПа; 1.3×10−6 мбар; 1.3×10−9 атм).[43]
Чтобы газы не влияли на вакуум в трубке, современные трубки сконструированы с "геттеры ", которые обычно представляют собой небольшие круглые желоба, заполненные металлами, которые быстро окисляются, барий самый распространенный. Во время вакуумирования оболочки трубки внутренние части, за исключением геттера, нагреваются за счет РФ индукционный нагрев для выделения оставшегося газа из металлических частей. Затем трубка герметично закрывается, а газопоглотитель нагревается до высокой температуры, опять же за счет высокочастотного индукционного нагрева, в результате чего газопоглощающий материал испаряется и вступает в реакцию с остаточным газом. Пар оседает на внутренней стороне стеклянной оболочки, оставляя металлическое пятно серебристого цвета, которое продолжает поглощать небольшое количество газа, который может просочиться в трубку в течение ее срока службы. Особое внимание уделяется конструкции клапана, чтобы этот материал не оседал ни на одном из рабочих электродов. Если в трубке происходит серьезная утечка в оболочке, этот осадок приобретает белый цвет, поскольку он вступает в реакцию с атмосферным кислород. В больших передающих и специализированных трубках часто используются более экзотические геттерные материалы, такие как цирконий. Ранние геттерные трубки использовали геттеры на основе фосфора, и эти трубки легко идентифицировать, поскольку фосфор оставляет характерный оранжевый или радужный осадок на стекле. Использование фосфора было недолгим и быстро было заменено лучшими газопоглотителями бария. В отличие от газопоглотителей бария, фосфор больше не поглощал газы после сгорания.
Геттеры действуют путем химического соединения с остаточными или проникающими газами, но неспособны противодействовать (инертным) инертным газам. Известная проблема, в основном затрагивающая клапаны с большими оболочками, например электронно-лучевые трубки и камеры трубки, такие как иконоскопы, ортикон, и изображение ортикон, происходит от проникновения гелия.[нужна цитата ] Эффект проявляется в нарушении или отсутствии функционирования, а также в виде диффузного свечения вдоль электронного потока внутри трубки. Этот эффект нельзя исправить (за исключением повторного вакуумирования и повторного запечатывания), и именно поэтому рабочие примеры таких трубок становятся все реже и реже. Неиспользованные («новые старые запасы») пробирки также могут проникать инертным газом, поэтому нет долгосрочной гарантии сохранения этих типов пробирок в будущем.
Передающие трубки
Большие передающие трубки карбонизированы вольфрам нити, содержащие небольшие следы (от 1% до 2%) торий. Снаружи науглероженного слоя проволоки образуется чрезвычайно тонкий (молекулярный) слой атомов тория, который при нагревании служит эффективным источником электронов. Торий медленно испаряется с поверхности проволоки, а новые атомы тория размытый на поверхность, чтобы заменить их. Срок службы таких торированных вольфрамовых катодов обычно составляет десятки тысяч часов. Сценарий окончания срока службы нити из торированного вольфрама - это когда карбонизированный слой в основном превращается обратно в другую форму карбид вольфрама и эмиссия начинает быстро спадать; Никогда не было обнаружено, что полная потеря тория является фактором в конце срока службы лампы с этим типом эмиттера.WAAY-TV в Хантсвилл, Алабама достигла 163000 часов (18,6 лет) службы из Eimac клистрон внешнего резонатора в визуальной цепи его передатчика; это самый высокий документально подтвержденный срок службы для этого типа трубки.[44] Было сказано[ВОЗ? ] что передатчики с электронными лампами лучше переносят удары молнии, чем транзисторные передатчики. Хотя обычно считалось, что при уровнях мощности РЧ выше примерно 20 киловатт электронные лампы были более эффективными, чем твердотельные схемы, это уже не так, особенно в средневолновой (AM-радиовещательной) службе, где твердотельные передатчики почти все уровни мощности имеют значительно более высокий КПД. Радиовещательные FM-передатчики с твердотельными усилителями мощности примерно до 15 кВт также демонстрируют лучшую общую энергоэффективность, чем ламповые усилители мощности.
Приемные трубки
Катоды в небольших «приемных» трубках покрыты смесью оксид бария и оксид стронция, иногда с добавлением оксид кальция или же оксид алюминия. Электрический нагреватель вставлен в катодную гильзу и электрически изолирован от нее покрытием из оксида алюминия. Эта сложная конструкция заставляет атомы бария и стронция диффундировать к поверхности катода и испускать электроны при нагревании примерно до 780 градусов Цельсия.
Режимы отказа
Катастрофические сбои
Катастрофический отказ - это отказ, который внезапно делает лампу непригодной для использования. Трещина в стеклянной оболочке позволит воздуху проникнуть в трубку и разрушить ее. Трещины могут возникнуть в результате напряжения в стекле, погнутых штифтов или ударов; патрубки для труб должны допускать тепловое расширение, чтобы предотвратить напряжение в стекле на штырях. Напряжение может накапливаться, если металлический экран или другой объект давит на оболочку трубки и вызывает дифференциальный нагрев стекла. Стекло также может быть повреждено дуговым разрядом высокого напряжения.
Трубчатые нагреватели также могут выйти из строя без предупреждения, особенно под воздействием перенапряжения или в результате производственных дефектов. Трубчатые нагреватели обычно не выходят из строя из-за испарения, как напольная лампа нити, поскольку они работают при гораздо более низкой температуре. Всплеск Пусковой ток при первом включении нагревателя вызывает напряжение в нагревателе, и этого можно избежать, медленно нагревая нагреватели, постепенно увеличивая ток с помощью NTC термистор включен в схему. Трубки, предназначенные для последовательной работы нагревателей через источник питания, имеют заданное контролируемое время нагрева, чтобы избежать превышения напряжения на некоторых нагревателях при нагреве других. Катоды накаливания с прямым нагревом, которые используются в лампах с батарейным питанием или в некоторых выпрямителях, могут выйти из строя, если нить накала провисает, вызывая внутреннюю дугу. Избыточное напряжение между нагревателем и катодом в катодах с косвенным нагревом может нарушить изоляцию между элементами и разрушить нагреватель.
Дуга между элементами трубки может разрушить трубку. Дуга может быть вызвана приложением напряжения к аноду (пластине) до того, как катод нагреется до рабочей температуры, или протеканием избыточного тока через выпрямитель, который повреждает эмиссионное покрытие. Дуга также может быть вызвана любым сыпучим материалом внутри трубки или избыточным напряжением экрана. Дуга внутри трубки позволяет газу выделяться из материалов трубки и может откладывать проводящий материал на внутренних изоляционных прокладках.[45]
Ламповые выпрямители имеют ограниченный ток, и превышение номинальных значений в конечном итоге приведет к разрушению лампы.
Дегенеративные сбои
Дегенеративные сбои вызваны медленным ухудшением производительности с течением времени.
Перегрев внутренних частей, таких как решетки управления или изоляторы из слюды, может привести к утечке захваченного газа в трубку; это может снизить производительность. А добытчик используется для поглощения газов, выделяющихся во время работы трубки, но имеет ограниченную способность соединяться с газом. Контроль температуры оболочки предотвращает некоторые типы газообразования. Трубка с необычно высоким уровнем внутреннего газа может показывать видимое голубое свечение при подаче напряжения на пластину. Геттер (являющийся высокореактивным металлом) эффективен против многих атмосферных газов, но не имеет (или имеет очень ограниченную) химическую активность по отношению к инертным газам, таким как гелий. Один прогрессирующий тип отказа, особенно с физически большими оболочками, такими как те, которые используются в трубках фотоаппаратов и электронно-лучевых трубках, происходит из-за инфильтрации гелия. Точный механизм не ясен: входные уплотнения металл-стекло - одно из возможных мест проникновения.
Газ и ионы внутри трубки способствуют возникновению сетевого тока, который может нарушить работу цепи вакуумной трубки. Другой эффект перегрева - медленное осаждение металлических паров на внутренних прокладках, что приводит к межэлементной утечке.
Лампы, находящиеся в режиме ожидания в течение длительного времени при поданном напряжении нагревателя, могут иметь высокое сопротивление поверхности раздела катода и иметь плохие характеристики излучения. Этот эффект особенно характерен для пульса и цифровые схемы, где в трубках не протекает ток пластины в течение длительного времени. Изготовлены трубки, разработанные специально для этого режима работы.
Катодное истощение - это потеря излучения после тысяч часов нормальной эксплуатации. Иногда выбросы можно восстановить на время, увеличив напряжение нагревателя, либо на короткое время, либо постоянным увеличением на несколько процентов. Катодное истощение было необычным в сигнальных трубках, но было частой причиной отказа монохромного телевидения. электронно-лучевые трубки.[46] Срок службы этого дорогостоящего компонента иногда увеличивался за счет установки повышающего трансформатора для увеличения напряжения нагревателя.
Прочие неудачи
В вакуумных лампах могут возникать дефекты в работе, которые делают отдельную лампу непригодной для данного устройства, хотя она может удовлетворительно работать в другом приложении. Микрофоника относится к внутренним колебаниям элементов трубки, которые нежелательным образом модулируют сигнал трубки; звук или вибрация могут повлиять на сигналы или даже вызвать неконтролируемый вой, если между микрофонной трубкой и, например, громкоговорителем возникает обратная связь (с коэффициентом усиления больше единицы). Ток утечки между нагревателями переменного тока и катодом может проникать в цепь, или электроны, испускаемые непосредственно с концов нагревателя, также могут вводить гудеть в сигнал. Ток утечки из-за внутреннего загрязнения также может вызвать шум.[47] Некоторые из этих эффектов делают лампы непригодными для использования со слабым сигналом, хотя и не вызывают возражений для других целей. Выбор лучших из партии номинально идентичных пробирок для критических применений может дать лучшие результаты.
Трубные штифты могут образовывать непроводящие пленки или пленки с высоким сопротивлением из-за тепла или грязи. Для восстановления проводимости контакты можно очистить.
Тестирование
Вакуумные лампы могут быть проверены вне своей схемы с помощью тестера для вакуумных ламп.
Другие устройства с вакуумными трубками
На смену большинству малосигнальных ламповых устройств пришли полупроводники, но некоторые электронные устройства на электронных лампах все еще широко используются. Магнетрон - это тип трубки, используемой во всех микроволновые печи. Несмотря на прогресс в технологии силовых полупроводников, вакуумная лампа по-прежнему имеет преимущества в надежности и стоимости для генерации высокочастотной РЧ энергии.
Некоторые трубки, например магнетроны, лампы бегущей волны, карцинотроны, и клистроны, сочетают магнитные и электростатические эффекты. Это эффективные (обычно узкополосные) ВЧ-генераторы, которые до сих пор находят применение в радар, микроволновые печи и промышленное отопление. Лампы бегущей волны (ЛБВ) являются очень хорошими усилителями и даже используются в некоторых спутниках связи. Мощные ламповые усилители клистрона могут обеспечивать сотни киловатт в диапазоне УВЧ.
Электронно-лучевые трубки
 | Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. (Май 2018) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В электронно-лучевая трубка (CRT) - это электронная лампа, которая используется, в частности, для отображения. Хотя все еще существует много телевизоров и компьютерных мониторов, использующих электронно-лучевые трубки, их быстро заменяют плоские дисплеи качество которых значительно улучшилось даже при падении цен. Это также верно и для цифровых осциллографы (на базе внутренних компьютеров и аналого-цифровые преобразователи ), хотя традиционные аналоговые осциллографы (зависящие от ЭЛТ) продолжают производиться, они экономичны и предпочитаются многими техническими специалистами.[нужна цитата ] Когда-то использовалось много радио "волшебные глазные трубки ", специализированный вид ЭЛТ, используемый вместо метр движение для индикации мощности сигнала или входного уровня магнитофона. Современное индикаторное устройство, вакуумный люминесцентный дисплей (VFD) также является разновидностью электронно-лучевой трубки.
В Рентгеновская трубка представляет собой тип электронно-лучевой трубки, которая генерирует рентгеновские лучи, когда электроны высокого напряжения попадают на анод.
Гиротроны или вакуумные мазеры, используемые для генерации мощных волн миллиметрового диапазона, представляют собой магнитные вакуумные трубки, в которых небольшой релятивистский Эффект из-за высокого напряжения используется для группировки электронов. Гиротроны могут генерировать очень большие мощности (сотни киловатт).Лазеры на свободных электронах, используется для генерации мощного когерентного света и даже Рентгеновские лучи, представляют собой высокорелятивистские вакуумные лампы, приводимые в действие ускорителями частиц высоких энергий. Таким образом, это разновидности электронно-лучевых трубок.
Электронные умножители
А фотоумножитель это фототрубка чувствительность которого значительно увеличена за счет использования электронного умножения. Это работает по принципу вторичная эмиссия, в результате чего один электрон, испускаемый фотокатодом, попадает в особый вид анода, известный как динод вызывая высвобождение большего количества электронов из этого динода. Эти электроны ускоряются к другому диноду при более высоком напряжении, высвобождая больше вторичных электронов; Целых 15 таких каскадов дают огромное усиление. Несмотря на значительный прогресс в области твердотельных фотодетекторов, способность фотоэлектронных умножителей к детектированию одиночных фотонов делает это устройство на электронных лампах превосходным в определенных областях применения. Такую трубку также можно использовать для обнаружения ионизирующего излучения в качестве альтернативы Трубка Гейгера – Мюллера (сама по себе не настоящая вакуумная лампа). Исторически сложилось так, что в телевизионных трубках телекамеры Orthicon, широко используемых в телевизионных студиях до разработки современных матриц ПЗС, также использовалось многоступенчатое электронное умножение.
В течение десятилетий разработчики электронных ламп пытались дополнить усилительные лампы электронными умножителями, чтобы увеличить коэффициент усиления, но они страдали от короткого срока службы, поскольку материал, используемый для динодов, «отравил» горячий катод лампы. (Например, интересная лампа вторичной эмиссии RCA 1630 была продана, но просуществовала недолго.) Однако, в конце концов, Philips из Нидерландов разработала трубку EFP60, которая имела удовлетворительный срок службы и использовалась по крайней мере в одном продукте - лабораторном пульсе. генератор. К тому времени, однако, транзисторы быстро совершенствовались, и такие разработки стали излишними.
Один вариант, называемый «канальным электронным умножителем», не использует отдельные диноды, а состоит из изогнутой трубки, такой как спираль, покрытой изнутри материалом с хорошей вторичной эмиссией. Один тип имел своего рода воронку для захвата вторичных электронов. Непрерывный динод был резистивным, и его концы были подключены к напряжению, достаточному для создания повторяющихся каскадов электронов. В микроканальная пластина состоит из массива одноступенчатых электронных умножителей на плоскости изображения; несколько из них можно сложить друг на друга. Это может быть использовано, например, как усилитель изображения в котором дискретные каналы заменяют фокусировку.
Tektronix изготовлен высокопроизводительный широкополосный осциллограф на ЭЛТ с канальным электронным умножителем за слоем люминофора. Эта пластина представляла собой собранный массив из огромного количества коротких отдельных к.э.м. трубки, которые принимали слаботочный луч и усиливали его, чтобы обеспечить практическую яркость. (Электронная оптика широкополосной электронной пушки не могла обеспечить ток, достаточный для прямого возбуждения люминофора.)
Электронные лампы в 21 веке
Нишевые приложения
Хотя вакуумные лампы были в значительной степени заменены твердое состояние Устройства в большинстве приложений для усиления, переключения и выпрямления имеют определенные исключения. Помимо указанных выше специальных функций, лампы еще[Обновить] есть несколько нишевых приложений.
В общем, электронные лампы гораздо менее восприимчивы, чем соответствующие твердотельные компоненты к переходным перенапряжениям, таким как скачки напряжения в сети или молнии, электромагнитный импульс эффект ядерные взрывы,[48] или же геомагнитные бури производятся гигантскими солнечными вспышками.[49] Благодаря этому свойству они использовались для определенных военных приложений еще долгое время после того, как для тех же приложений стали доступны более практичные и менее дорогие твердотельные технологии, как, например, с МиГ-25.[48] В этом самолете выходная мощность радара составляет около одного киловатта, и он может прожечь канал в условиях помех.[нужна цитата ]
Вакуумные лампы все еще[когда? ] практические альтернативы твердотельным устройствам в производстве высокой мощности при радиочастоты в таких приложениях, как промышленный радиочастотный обогрев, ускорители частиц, и радиопередатчики. Это особенно верно для микроволновых частот, где такие устройства, как клистрон и лампа бегущей волны обеспечить усиление на уровнях мощности, недостижимых при использовании тока[Обновить] полупроводниковые приборы. Домохозяйство микроволновая печь использует магнетрон трубка для эффективного генерирования сотен ватт микроволновой мощности. Твердотельные устройства, такие как нитрид галлия многообещающие замены, но очень дорогие и все еще[когда? ] в развитии.
В военных приложениях мощная электронная лампа может генерировать сигнал мощностью 10–100 мегаватт, который может сжечь внешний интерфейс незащищенного приемника. Такие устройства считаются неядерным электромагнитным оружием; они были введены в конце 1990-х годов как в США, так и в России.[нужна цитата ]
Аудиофилы
Достаточное количество людей предпочитают ламповый звук, чтобы сделать ламповые усилители коммерчески жизнеспособными в трех областях: усилители для музыкальных инструментов (например, гитары), устройства, используемые в студиях звукозаписи, и аудиофил оборудование.[52]
Многие гитаристы предпочитают использовать ламповые усилители к твердотельным моделям, часто из-за того, что они имеют тенденцию к искажению при перегрузке.[53] Любой усилитель может точно усилить сигнал только до определенной громкости; после этого предела усилитель начнет искажать сигнал. Различные схемы по-разному искажают сигнал; некоторые гитаристы предпочитают характеристики искажения электронных ламп. В большинстве популярных винтажных моделей используются вакуумные лампы.[нужна цитата ]
Дисплеи
Электронно-лучевая трубка
В электронно-лучевая трубка была доминирующей технологией отображения для телевизоры и компьютерные мониторы в начале 21 века. Однако быстрое продвижение и падение цен на ЖК-дисплей плоская панель технология вскоре заняла место ЭЛТ в этих устройствах.[54] К 2010 году большая часть производства ЭЛТ закончилась.[55]
Вакуумный флуоресцентный дисплей
Современная технология отображения, использующая разновидность электронно-лучевой трубки, часто используется в видеомагнитофоны, DVD-плееры и рекордеры, панели управления микроволновых печей и автомобильные приборные панели. Скорее, чем растровое сканирование, эти вакуумные люминесцентные дисплеи (VFD) включает и выключает управляющие сетки и анодные напряжения, например, для отображения дискретных символов. VFD использует люминофор аноды с покрытием, как и в других электронно-лучевых трубках. Поскольку нити накала находятся в поле зрения, они должны эксплуатироваться при температурах, при которых нить накала не светится заметно. Это возможно с использованием новейшей катодной технологии, и эти лампы также работают с довольно низким анодным напряжением (часто менее 50 вольт) в отличие от электронно-лучевых трубок. Их высокая яркость позволяет читать дисплей при ярком дневном свете. Трубки VFD бывают плоскими и прямоугольными, а также относительно тонкими. Типичные люминофоры VFD излучают широкий спектр зеленовато-белого света, что позволяет использовать цветные фильтры, хотя разные люминофоры могут давать другие цвета даже на одном дисплее. Конструкция этих трубок обеспечивает яркое свечение, несмотря на низкую энергию падающих электронов. Это связано с тем, что расстояние между катодом и анодом относительно невелико. (Эта технология отличается от флуоресцентное освещение, который использует разрядная трубка.)
Вакуумные лампы с полевыми электронными эмиттерами
| Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. (Май 2018) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В первые годы 21 века возобновился интерес к электронным лампам, на этот раз с электронным эмиттером, сформированным на плоской кремниевой подложке, как в Интегральная схема технологии. Эта тема теперь называется вакуумной наноэлектроникой.[56] В наиболее распространенном дизайне используется холодный катод в виде полевой источник электронов большой площади (например, массив эмиттеров поля ). В этих устройствах электроны излучаются полем из большого количества близко расположенных отдельных участков излучения.
Такие интегрированные микропробирки могут найти применение в микроволновая печь устройства, включая мобильные телефоны, для Bluetooth и Вай фай трансмиссия, а в радар и спутник коммуникация.[нужна цитата ] По состоянию на 2012 год[Обновить], они изучались на предмет возможных приложений в автоэмиссионный дисплей технологии, но возникли серьезные производственные проблемы.[нужна цитата ]
По данным на 2014 год, Исследовательский центр Эймса НАСА работает над транзисторами с вакуумным каналом, изготовленными с использованием методов КМОП.[57]
Характеристики
Объемный заряд вакуумной лампы
Пространство между катодом и анодом образует облако, известное как «пространственный заряд».
V-I характеристика вакуумной лампы
Характеристика V-I зависит от размера и материала пластины и катода.[58]Выразите соотношение между пластиной напряжения и током пластины.[59]
- Кривая V-I (напряжение на нити, ток пластины)
- Ток пластины, характеристики напряжения пластины
- Постоянное сопротивление пластины пластины - сопротивление пути между анодом и катодом постоянного тока.
- Сопротивление пластины переменного тока пластины - сопротивление пути между анодом и катодом переменного тока
Размер электростатического поля
Размер электростатического поля - это размер между двумя или более пластинами в трубке.
Патенты
- Патент США 803,684 —Прибор для преобразования переменного электрического тока в постоянный (Клапан Флеминга патент)
- Патент США 841,387 —Устройство для усиления слабых электрических токов
- Патент США 879 532 - Де Форест Audion
Смотрите также
- Жуткое значение - близко к заявленным производителем значениям параметров
- Фетрон - твердотельный, совместимый с вилкой, замена электронных ламп
- Список электронных ламп - список типовых номеров.
- Список вакуумных ламповых компьютеров
- Обозначение трубки Малларда – Филипса
- Трубка Nixie - газонаполненный устройство отображения иногда ошибочно идентифицируется как вакуумная трубка
- Обозначение трубки RETMA
- Обозначение трубки RMA
- Обозначения трубки в России
- Тюбик
- Тестер трубок
- Клапанный усилитель
- Зетатрон
Рекомендации
- ^ Райх, Герберт Дж. (13 апреля 2013 г.). Принципы электронных трубок (PDF). Литературное лицензирование, ООО. ISBN 978-1258664060. В архиве (PDF) из оригинала от 2 апреля 2017 года.
- ^ Фундаментальные методы усилителя с электронными лампами: теория и практика с методами проектирования для самоконструирования. Elektor Electronics. 1 января 2011 г. ISBN 978-0905705934.
- ^ "Электронная трубка RCA 6БН6 / 6КС6". Получено 13 апреля 2015.
- ^ Джон Алгео, "Типы английских гетеронимов", стр. 23 дюйма, Эдгар Вернер Шнайдер (ред), Английский во всем мире: общие исследования, Британские острова, Северная Америка, Издательство Джона Бенджамина, 1997 г. ISBN 9027248761.
- ^ Ходдесон, Л. "Вакуумная трубка". PBS. В архиве из оригинала 15 апреля 2012 г.. Получено 6 мая 2012.
- ^ Макси, Кеннет; Вудхаус, Уильям (1991). «Электроника». Энциклопедия пингвинов современной войны: с 1850 года по настоящее время. Викинг. п. 110. ISBN 978-0-670-82698-8.
Можно сказать, что эра электроники началась с изобретения вакуумного диодного клапана в 1902 году британцем Джоном Флемингом (сам придумавшим слово «электроника»), непосредственным применением которого стало радио.
- ^ а б Морган Джонс, Клапанные усилители, Эльзевир, 2012 ISBN 0080966403.
- ^ Олсен, Джордж Генри (2013). Электроника: общее введение для неспециалистов. Springer. п. 391. ISBN 978-1489965356.
- ^ Роджерс, Д. К. (1951). «Триодные усилители в диапазоне частот от 100 Мгц / с до 420 Мгц / с». Журнал Британского института радиоинженеров. 11 (12): 569–575. Дои:10.1049 / jbire.1951.0074., стр.571
- ^ Брей, Джон (2002). Инновации и коммуникационная революция: от пионеров викторианской эпохи до широкополосного Интернета. ИЭПП. ISBN 9780852962183. В архиве из оригинала от 3 декабря 2016 г.
- ^ Гатри, Фредерик (1876). Магнетизм и электричество. Лондон и Глазго: Уильям Коллинз, сыновья и компания. п.1.[страница нужна ]
- ^ Томас А. Эдисон Патент США 307031 «Электрический индикатор», дата выпуска: 1884 г.
- ^ Гварниери, М. (2012). «Эра электронных ламп: первые устройства и рост радиосвязи». IEEE Ind. Electron. M. 6 (1): 41–43. Дои:10.1109 / MIE.2012.2182822. S2CID 23351454.CS1 maint: ref = harv (связь)
- ^ Белый, Томас, Ранняя история радио США, в архиве из оригинала 18 августа 2012 г.
- ^ "Mazda Valves". Архивировано из оригинал 28 июня 2013 г.. Получено 12 января 2017.
- ^ "Роберт фон Либен - Патент № 179807 от 19 ноября 1906 г." (PDF). Kaiserliches Patentamt. 19 ноября 1906 г. В архиве (PDF) из оригинала 28 мая 2008 г.. Получено 30 марта 2008.
- ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала 5 октября 2013 г.. Получено 21 августа 2013.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
- ^ Räisänen, Antti V .; Лехто, Арто (2003). Радиотехника для беспроводной связи и сенсорных приложений. Артек Хаус. п.7. ISBN 978-1580536691.
- ^ Технический центр Эдисона (2015). "История лаборатории General Electric Research". edisontechcenter.org. Получено 12 ноября 2018.
- ^ Дж. Дженкинс и У. Х. Джарвис, "Основные принципы электроники, Том 1 Термионика", Pergamon Press (1966), глава 1.10, стр.9
- ^ Гварньери, М. (2012). «Эпоха электронных ламп: покорение аналоговой связи». IEEE Ind. Electron. M. 6 (2): 52–54. Дои:10.1109 / MIE.2012.2193274. S2CID 42357863.CS1 maint: ref = harv (связь)
- ^ Введение в термоэмиссионные клапаны (вакуумные трубки) В архиве 28 мая 2007 г. Wayback Machine, Колин Дж. Сеймур
- ^ «Исторические продукты Philips: вакуумные трубки Philips». В архиве из оригинала от 6 ноября 2013 г.. Получено 3 ноября 2013.
- ^ Бейкер, Бонни (2008). Аналоговые схемы. Newnes. п. 391. ISBN 978-0-7506-8627-3.
- ^ Моджески, Роджер А. «Mu, Gm и Rp и как подбираются трубки». Välljud AB. Архивировано из оригинал 21 марта 2012 г.. Получено 22 апреля 2011.
- ^ Баллоу, Глен (1987). Руководство для звукорежиссеров: новая аудиоциклопедия (1-е изд.). Howard W. Sams Co. стр.250. ISBN 978-0-672-21983-2.
Коэффициент усиления или коэффициент усиления по напряжению - величина увеличения амплитуды сигнала на управляющей сетке после прохождения через трубку, которую также называют греческой буквой μ (мю) или усилением напряжения (Vграмм) трубки.
- ^ К. Х. Гарднер (1965) История Valve В архиве 23 декабря 2015 г. Wayback Machine, Радиоконструктор (см., В частности, раздел «Конструкция стеклянного основания»)
- ^ а б c Симпозиум Пентагона: Коммерчески доступные электронные цифровые компьютеры общего назначения по умеренной цене, Вашингтон, округ Колумбия, 14 мая 1952 года.
- ^ Л.В. Тернер (ред.) Справочник инженера-электронщика, 4-е изд. Ньюнес-Баттерворт, Лондон, 1976 г. ISBN 0-408-00168-2 страницы с 7–2 по 7-6
- ^ Гварниери, М. (2012). «Эпоха вакуумных трубок: слияние с цифровыми вычислениями». IEEE Ind. Electron. M. 6 (3): 52–55. Дои:10.1109 / MIE.2012.2207830. S2CID 41800914.CS1 maint: ref = harv (связь)
- ^ а б c d Из части "Колосса" Коупленда, доступной в Интернете. В архиве 23 марта 2012 г. Wayback Machine
- ^ Рэндалл, Александр 5-й (14 февраля 2006 г.). «Потерянное интервью с соавтором ENIAC Дж. Преспером Эккертом». Компьютерный мир. В архиве из оригинала 2 апреля 2009 г.. Получено 25 апреля 2011.
- ^ Национальный музей вычислительной техники - восстановление Колосса
- ^ а б c E.S. Рич, Н. Х. Тейлор, "Анализ отказов компонентов в компьютерах", Материалы симпозиума по электронным компонентам повышенного качества, т. 1, стр. 222–233, Ассоциация производителей радио и телевидения, 1950.
- ^ а б c Бернд Ульманн, AN / FSQ-7: компьютер, который сформировал холодную войну, Walter de Gruyter GmbH, 2014 г. ISBN 3486856707.
- ^ RCA "Руководство по передающим лампам" TT-5 1962, стр. 10
- ^ «МНОГОФАЗНЫЙ МОЩНЫЙ ТЕТРОД 4CM2500KG» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 11 октября 2016 г.
Максимальное рассеивание на аноде составляет 2500 киловатт.
- ^ Оксфордский компаньон по истории современной науки, J. L. Heilbron, Oxford University Press 2003, 9780195112290, «клапан, термоэлектронный»
- ^ Окамура, Сого (1994). История электронных ламп. IOS Press. С. 133–. ISBN 978-90-5199-145-1. В архиве из оригинала 22 июня 2013 г.. Получено 9 мая 2011.
- ^ Национальный музей клапанов: двойные аудиотриоды ECC81, 2 и 3 В архиве 7 января 2011 г. Wayback Machine
- ^ Сертифицировано магазинами центральной арматуры BBC, Motspur Park
- ^ Буклет Mazda, 1968 г., стр.112.
- ^ К. Роберт Мейснер (ред.), Сделки с вакуумными технологиями: материалы шестого национального симпозиума, Эльзевир, 2016,ISBN 1483223558 стр.96
- ^ 31 выпускник. "Клистрон и Кактус". В архиве из оригинала от 20 августа 2013 г.. Получено 29 декабря 2013.
- ^ Томер, Роберт Б. (1960), Получение максимальной отдачи от электронных ламп, Индианаполис, Индиана, США: Говард В. Сэмс, LCCN 60-13843. доступно в Интернет-архиве. Глава 1
- ^ Томер 1960, 60, глава 2
- ^ Томер 1960, 60, глава 3
- ^ а б Броуд, Уильям Дж. «Ядерный импульс (I): Пробуждение к фактору хаоса», Science. 29 мая 1981 г. 212: 1009–1012
- ^ Y Butt, Космический обзор, 2011 В архиве 22 апреля 2012 г. Wayback Machine «... геомагнитные бури иногда могут вызывать более мощные импульсы, чем импульс E3 даже от ядерного оружия мегатонного типа».
- ^ Цена 4680 долларов за «суперсовременную версию». Включает 90-дневную гарантию на лампы «при нормальных условиях эксплуатации». Видеть Номер модели: SE-300B-70W В архиве 12 января 2012 г. Wayback Machine
- ^ Rolls RA200 100 Вт RMS / канал при 4 Ом усилителе мощности В архиве 12 января 2012 г. Wayback Machine. Полный компас. Проверено 9 мая 2011.
- ^ Барбур, Э. (1998). «Классный звук ламп - музыкальные приложения для ламп». IEEE Spectrum. 35 (8). IEEE. С. 24–35. В архиве из оригинала от 4 января 2012 г.
- ^ Кипортс, Дэвид (9 февраля 2017 г.). «Теплый, насыщенный звук ламповых гитарных усилителей». Физическое образование. 52 (2): 025010. Дои:10.1088 / 1361-6552 / aa57b7.
- ^ Вонг, май (22 октября 2006 г.). "Плоские панели вытесняют старые телевизоры с рынка". AP через USA Today. Получено 8 октября 2006.
- ^ «Стандартное ТВ» (PDF). Veritas et Visus. Получено 12 июн 2008.
- ^ Акерман, Эван. «Электронные лампы могут быть будущим компьютеров». Dvice. Dvice. В архиве из оригинала 25 марта 2013 г.. Получено 8 февраля 2013.
- ^ Энтони, Себастьян. «Электронная лампа наносит ответный удар: крошечный вакуумный транзистор НАСА 460 ГГц, который однажды сможет заменить кремниевые полевые транзисторы». ExtremeTech. В архиве из оригинала 17 ноября 2015 г.
- ^ indiastudychannel.com/
- ^ Основная теория и применение электронных ламп Департамента армии и авиации, AGO 2244-Янв.
Примечания
дальнейшее чтение
- Базовая электроника: тома 1–5; Ван Валкенбург, Нугер, Невилл; Издатель Джона Ф. Райдера; 1955 г.
- Спангенберг, Карл Р. (1948). Вакуумные трубки. Макгроу-Хилл. OCLC 567981. LCC TK7872.V3.
- Миллман, Дж. И Сили, С. Электроника, 2-е изд. Макгроу-Хилл, 1951.
- Ширс, Джордж, "Первая электронная трубка", журнал Scientific American, март 1969 г., стр. 104.
- Тайн, Джеральд, Сага о вакуумной трубке, Ziff Publishing, 1943, (перепечатка Prompt Publications 1994 г.), стр. 30–83.
- Стоукс, Джон, 70 лет радиоламп и клапанов, Вестал Пресс, Нью-Йорк, 1982, стр. 3–9.
- Троуэр, Кит, История British Radio Valve до 1940 г., MMA International, 1982, стр. 9–13.
- Истман, Остин В., Основы вакуумных трубок, Макгроу-Хилл, 1949 г.
- Техническая библиотека Philips. Книги, опубликованные в Великобритании в 1940-х и 1950-х годах издательством Cleaver Hume Press, о конструкции и применении электронных ламп.
- RCA Справочник конструктора радиотронов, 1953 (4-е издание). Содержит главы по устройству и применению приемных трубок.
- Беспроводной мир. Справочник дизайнера радио. Перепечатка вышеупомянутого в Великобритании.
- RCA. Руководство по приемной трубке, RC15, RC26 (1947, 1968) Выпускается каждые два года, содержит подробную информацию о технических характеристиках ламп, продаваемых RCA.
внешняя ссылка
- Как собрать тестер для электронных ламп
- "Термионный детектор" - Х. Дж. Ван дер Бейл (октябрь 1919 г.), Ежемесячный научно-популярный журнал
- Как на самом деле работают вакуумные лампы - Теория термионной эмиссии и вакуумных трубок с использованием вводных математических дисциплин на уровне колледжа.
- Часто задаваемые вопросы о вакуумных трубках —FAQ от rec.audio
- Изобретение термоэмиссионного клапана. Флеминг открывает термоэлектронный (или колебательный) клапан, или «диод».
- "Лампы против транзисторов: есть ли разница?" —1972 г. Документ AES о различиях в качестве звука между электронными лампами и транзисторами.
- Виртуальный музей клапанов
- Сайт электронно-лучевой трубки
- Электронный музей О'Нила — музей электронных ламп
- Вакуумные лампы для начинающих —Японская версия
- База данных трубок NJ7P —Данные по лампам, используемым в Северной Америке.
- Локатор технических данных вакуумных трубок
- Характеристики и даташиты
- Видео радиолюбителя, создающего собственные ламповые триоды
- Тюнинг наглазников
- Архивный фильм фабрики Малларда Блэкберн
- Спецификации Western Electric для электронных и электронных ламп 1940-х и 1950-х годов
Авторитетный контроль  |
|---|