Rura próżniowa - Vacuum tube

Późniejsze termoelektryczne lampy próżniowe, w większości miniaturowe, niektóre z górnymi połączeniami dla wyższych napięć

Próżniowy , lampy elektronowej , zawór (British Wykorzystanie) albo rurki (North America), to urządzenie sterujące prąd elektryczny przepływ w wysokiej próżni pomiędzy elektrodami , do których elektryczny różnica potencjałów jest stosowane.

Typ znany jako rura termionowa lub zawór termionowy wykorzystuje zjawisko emisji elektronów z gorącej katody i jest używany do szeregu podstawowych funkcji elektronicznych, takich jak wzmacnianie sygnału i prostowanie prądu . Jednak typy nietermiczne , takie jak fototuby próżniowe , osiągają emisję elektronów poprzez efekt fotoelektryczny i są wykorzystywane do takich celów, jak wykrywanie natężeń światła. W obu typach elektrony są przyspieszane od katody do anody przez pole elektryczne w rurze.

Wzmacniacz mocy audio na lampach, w pracy. Czerwono-pomarańczowa poświata pochodzi od rozgrzanych włókien.

Najprostsza lampa próżniowa, dioda , wynaleziona w 1904 roku przez Johna Ambrose Fleminga , zawiera tylko rozgrzaną katodę emitującą elektrony i anodę. Elektrony mogą przepływać przez urządzenie tylko w jednym kierunku – od katody do anody. Dodanie jednej lub więcej siatek kontrolnych w rurze pozwala na kontrolowanie prądu pomiędzy katodą a anodą przez napięcie na siatkach.

Urządzenia te stały się kluczowym elementem obwodów elektronicznych w pierwszej połowie XX wieku. Były one kluczowe znaczenie dla rozwoju radia, telewizji, radaru, nagrywania dźwięku i rozrodu , długodystansowych telefonicznych sieciach oraz analogowych i cyfrowych wcześnie komputerów . Chociaż niektóre aplikacje wykorzystywały wcześniejsze technologie, takie jak nadajnik iskiernikowy dla komputerów radiowych lub mechanicznych do komputerów, to wynalazek termionowej lampy próżniowej sprawił, że te technologie stały się powszechne i praktyczne oraz stworzyły dyscyplinę elektroniki .

W 1940 roku, wynalazek półprzewodnikowych stało się możliwe wytwarzanie półprzewodnikowych urządzeń, które są mniejsze, bardziej skuteczne, niezawodne, trwałe, bezpieczniejszy i bardziej ekonomiczny niż rury termokatodą. Od połowy lat 60. lampy termionowe zastępowano tranzystorami . Jednak kineskop (CRT) pozostawał podstawą monitorów telewizyjnych i oscyloskopów aż do początku XXI wieku. Lampy termionowe są nadal używane w niektórych zastosowaniach, takich jak magnetron stosowany w kuchenkach mikrofalowych, niektóre wzmacniacze wysokiej częstotliwości i wzmacniacze, które entuzjaści audio preferują ze względu na ich „cieplejszy” dźwięk lampowy .

Nie wszystkie zawory obwodów elektronicznych/lampy elektronowe są lampami próżniowymi. Rurki wypełnione gazem to podobne urządzenia, ale zawierające gaz, zwykle pod niskim ciśnieniem, które wykorzystują zjawiska związane z wyładowaniami elektrycznymi w gazach , zwykle bez grzałki.

Klasyfikacje

Ilustracja przedstawiająca prymitywną triodową lampę próżniową i polaryzację typowych potencjałów roboczych prądu stałego. Nie pokazano impedancji (rezystory lub cewki), które byłyby włączone szeregowo ze źródłami napięcia C i B.

Jedną z klasyfikacji termionowych lamp próżniowych jest liczba aktywnych elektrod. Urządzeniem z dwoma aktywnymi elementami jest dioda , zwykle używana do prostowania . Urządzenia z trzema elementami to triody służące do wzmacniania i przełączania. Dodatkowe elektrody tworzą tetrody , pentody itd., które mają wiele dodatkowych funkcji, które umożliwiają dodatkowe sterowane elektrody.

Inne klasyfikacje to:

  • według zakresu częstotliwości ( audio , radio , VHF , UHF , mikrofala )
  • według mocy znamionowej (mały sygnał, moc audio, transmisja radiowa o dużej mocy)
  • według typu katody / żarnika (pośrednio grzany, bezpośrednio żarzony) i czasu nagrzewania (włącznie z „jasnym emiterem” lub „matowym emiterem”)
  • za pomocą charakterystycznych krzywych (np. ostre i zdalne odcięcie w niektórych pentodach)
  • przez zastosowanie (lampy odbiorcze, lampy nadawcze, wzmacnianie lub przełączanie, rektyfikacja, mieszanie)
  • specjalistyczne parametry (długa żywotność, bardzo niska czułość mikrofonowa i niskoszumowe wzmocnienie dźwięku, wersje wzmocnione lub wojskowe)
  • specjalistyczne funkcje (detektory światła lub promieniowania, tubusy wideo)
  • lampy służące do wyświetlania informacji ( lampy „magiczne oko” , wyświetlacze próżniowe fluorescencyjne , CRT )

Lampy mają różne funkcje, takie jak lampy elektronopromieniowe, które wytwarzają wiązkę elektronów do celów wyświetlania (takich jak kineskop telewizyjny), oprócz bardziej wyspecjalizowanych funkcji, takich jak mikroskopia elektronowa i litografia wiązki elektronów . Lampy rentgenowskie są również lampami próżniowymi. Fototuby i fotopowielacze polegają na przepływie elektronów przez próżnię, chociaż w tych przypadkach emisja elektronów z katody zależy od energii fotonów, a nie emisji termoelektrycznej . Ponieważ tego rodzaju „lampy próżniowe” mają inne funkcje niż elektroniczne wzmocnienie i prostowanie, są one opisane w innym miejscu.

Opis

Dioda: elektrony z gorącej katody płyną w kierunku dodatniej anody, ale nie odwrotnie
Trioda: napięcie przyłożone do siatki kontroluje prąd płyty (anody).

Rura próżniowa składa się z dwóch lub więcej elektrod w próżni w hermetycznej obudowie. Większość rurek ma szklane koperty z uszczelnieniem szkło-metal na bazie szkła borokrzemianowego z możliwością uszczelniania kovar , chociaż zastosowano ceramiczne i metalowe koperty (na wierzchu podstaw izolacyjnych). Elektrody są przymocowane do przewodów, które przechodzą przez kopertę przez hermetyczne zamknięcie. Większość lamp próżniowych ma ograniczoną żywotność ze względu na wypalanie się żarnika lub grzałki lub inne tryby awarii, dlatego są one wykonane jako jednostki wymienne; przewody elektrody łączą się z pinami na podstawie lampy, które są podłączane do gniazda lampy . Lampy były częstą przyczyną awarii sprzętu elektronicznego i oczekiwano, że konsumenci będą mogli sami wymienić lampy. Oprócz zacisków podstawy, niektóre lampy miały elektrodę zakończoną na górnym nasadce . Głównym powodem takiego postępowania było uniknięcie oporu upływu przez podstawę lampy, szczególnie w przypadku wejścia siatki o wysokiej impedancji. Podstawy były powszechnie wykonane z izolacją fenolową, która słabo sprawdza się jako izolator w wilgotnych warunkach. Inne powody stosowania nasadki to poprawa stabilności poprzez zmniejszenie pojemności sieci do anody, poprawę wydajności przy wysokich częstotliwościach, utrzymywanie bardzo wysokiego napięcia płyty z dala od niższych napięć i umieszczenie jednej elektrody więcej niż pozwala na to podstawa. Był nawet okazjonalny projekt, który miał dwa połączenia top cap.

Najwcześniejsze lampy próżniowe wyewoluowały z żarówek zawierających żarnik zamknięty w próżniowej szklanej powłoce. Gdy jest gorący, włókno uwalnia elektrony do próżni w procesie zwanym emisją termionową , pierwotnie znanym jako efekt Edisona . Druga elektroda, anoda lub płytka , przyciągnie te elektrony, jeśli będzie miała bardziej dodatnie napięcie. Rezultatem jest przepływ elektronów netto z włókna do płytki. Jednak elektrony nie mogą płynąć w odwrotnym kierunku, ponieważ płyta nie jest podgrzewana i nie emituje elektronów. Żarnik ( katoda ) ma podwójną funkcję: emituje elektrony po podgrzaniu; i wraz z płytą tworzy pole elektryczne ze względu na różnicę potencjałów między nimi. Taka rura z tylko dwiema elektrodami nazywana jest diodą i służy do prostowania . Ponieważ prąd może przepływać tylko w jednym kierunku, taka dioda (lub prostownik ) zamieni prąd przemienny (AC) na pulsujący prąd stały. Diody mogą zatem być stosowane w zasilaczach prądu stałego , jako demodulator sygnałów radiowych z modulacją amplitudy (AM) i do podobnych funkcji.

Wczesne lampy wykorzystywały żarnik jako katodę; nazywa się to rurą „bezpośrednio ogrzewaną”. Większość nowoczesnych lamp jest „ogrzewana pośrednio” przez element „grzejny” wewnątrz metalowej rury, która jest katodą. Grzałka jest elektrycznie odizolowana od otaczającej katody i służy po prostu do nagrzania katody dostatecznie do termicznej emisji elektronów. Izolacja elektryczna umożliwia zasilanie wszystkich grzałek lamp ze wspólnego obwodu (który może być zasilany prądem zmiennym bez wywoływania przydźwięku), jednocześnie umożliwiając pracę katod w różnych lampach przy różnych napięciach. HJ Round wynalazł pośrednio podgrzewaną rurę około 1913 roku.

Włókna wymagają stałej i często znacznej mocy, nawet przy wzmacnianiu sygnałów na poziomie mikrowatów. Moc jest również rozpraszana, gdy elektrony z katody uderzają w anodę (płytę) i podgrzewają ją; może się to zdarzyć nawet we wzmacniaczu bezczynności ze względu na prądy spoczynkowe niezbędne do zapewnienia liniowości i niskich zniekształceń. We wzmacniaczu mocy to nagrzewanie może być znaczne i może zniszczyć lampę, jeśli zostanie wysterowane poza bezpieczne granice. Ponieważ lampa zawiera próżnię, anody w większości lamp małej i średniej mocy są chłodzone promieniowaniem przez szklaną osłonę. W niektórych specjalnych zastosowaniach o dużej mocy anoda stanowi część osłony próżniowej, aby przewodzić ciepło do zewnętrznego radiatora, zwykle chłodzonego dmuchawą lub płaszczem wodnym.

Klistrony i magnetrony często działają na swoich anodach (zwanych kolektorami w klistronach) na potencjale ziemi, aby ułatwić chłodzenie, szczególnie wodą, bez izolacji wysokonapięciowej. Lampy te zamiast tego działają z wysokimi ujemnymi napięciami na żarniku i katodzie.

Oprócz diod, dodatkowe elektrody są umieszczone między katodą a płytą (anodą). Te elektrody są nazywane siatkami, ponieważ nie są to elektrody stałe, ale rzadkie elementy, przez które elektrony mogą przejść na swojej drodze do płytki. Lampa próżniowa jest wtedy nazywana triodą , tetrodą , pentodą itp., W zależności od liczby siatek. Trioda ma trzy elektrody: anodę, katodę, jedną siatkę i tak dalej. Pierwsza siatka, znana jako siatka kontrolna (a czasami inne siatki) przekształca diodę w urządzenie sterowane napięciem: napięcie przyłożone do siatki sterującej wpływa na prąd między katodą a płytką. Utrzymywana ujemnie w stosunku do katody, siatka kontrolna wytwarza pole elektryczne, które odpycha elektrony emitowane przez katodę, zmniejszając w ten sposób lub nawet zatrzymując prąd między katodą a anodą. Dopóki siatka kontrolna jest ujemna w stosunku do katody, w zasadzie nie płynie do niej prąd, ale zmiana o kilka woltów na siatce sterującej wystarcza, aby zrobić dużą różnicę w prądzie płytki, prawdopodobnie zmieniając moc o setki woltów (w zależności od obwodu). Urządzeniem półprzewodnikowym, które działa podobnie do lampy pentodowej, jest tranzystor polowy złącza (JFET), chociaż lampy próżniowe zwykle działają pod napięciem ponad stu woltów, w przeciwieństwie do większości półprzewodników w większości zastosowań.

Historia i rozwój

Jedna z eksperymentalnych żarówek Edisona

W XIX wieku nasiliły się badania nad rurami próżniowymi, takimi jak rurki Geisslera i Crookesa . Wielu naukowców i wynalazców, którzy eksperymentowali z takimi lampami, to Thomas Edison , Eugen Goldstein , Nikola Tesla i Johann Wilhelm Hittorf . Z wyjątkiem wczesnych żarówek , takie lampy były wykorzystywane jedynie w badaniach naukowych lub jako nowości. Podstawy stworzone przez tych naukowców i wynalazców miały jednak kluczowe znaczenie dla rozwoju późniejszej technologii lamp próżniowych.

Chociaż emisja termionowa została pierwotnie zgłoszona w 1873 przez Fredericka Guthrie , to najwyraźniej niezależne odkrycie tego zjawiska przez Thomasa Edisona w 1883 stało się dobrze znane. Chociaż Edison zdawał sobie sprawę z jednokierunkowej właściwości przepływu prądu między żarnikiem a anodą, jego zainteresowanie (i patent) koncentrowało się na wrażliwości prądu anodowego na prąd płynący przez włókno (a tym samym temperaturę żarnika). Niewiele kiedykolwiek wykorzystano tę właściwość w praktyce (jednak wczesne radia często wprowadzały regulację głośności poprzez zmianę prądu żarnika lamp wzmacniających). Dopiero wiele lat później John Ambrose Fleming wykorzystał prostowniczą właściwość rurki diodowej do wykrywania ( demodulacji ) sygnałów radiowych, co jest znaczącym ulepszeniem w stosunku do wczesnego wykrywacza kocich wąsów, który był już używany do prostowania.

Wzmacnianie przez lampę próżniową stało się praktyczne dopiero wraz z wynalazkiem Lee De Foresta z 1907 roku, trójzaciskowej lampy „ audionowej ”, prymitywnej formy tego, co miało stać się triodą . Będąc zasadniczo pierwszym wzmacniaczem elektronicznym, takie lampy odegrały zasadniczą rolę w telefonii na duże odległości (tak jak pierwsza linia telefoniczna z wybrzeża do wybrzeża w USA) i systemach nagłośnieniowych oraz wprowadziły znacznie lepszą i wszechstronną technologię do stosowania w nadajnikach radiowych. i odbiorniki. Rewolucja elektroniczna XX wieku prawdopodobnie rozpoczęła się wraz z wynalezieniem triodowej lampy próżniowej.

Diody

Pierwsze diody Fleminga

Angielski fizyk John Ambrose Fleming pracował jako konsultant inżynieryjny dla firm takich jak Edison Swan , Edison Telephone i Marconi Company . W 1904 roku w wyniku eksperymentów przeprowadzonych na importowanych ze Stanów Zjednoczonych żarówkach Edisona opracował urządzenie, które nazwał „zaworem oscylacyjnym” (ponieważ przepuszcza prąd tylko w jednym kierunku). Ogrzane włókno było zdolne do emisji termionowej elektronów, które płynęłyby do płytki ( anody ), gdy była ona pod napięciem dodatnim w stosunku do nagrzanej katody. Elektrony jednak nie mogły przejść w odwrotnym kierunku, ponieważ płyta nie była nagrzewana, a zatem nie była zdolna do emisji termionowej elektronów.

Później znany jako zawór Fleminga , mógł być używany jako prostownik prądu przemiennego i jako detektor fal radiowych . To ulepszyło zestaw kryształów, który prostował sygnał radiowy za pomocą wczesnej diody półprzewodnikowej opartej na krysztale i tak zwanym kocim wąsiku , regulowanym punkcie styku. W przeciwieństwie do nowoczesnych półprzewodników, taka dioda wymagała żmudnego dopasowania styku do kryształu, aby mógł się prostować.

Zawór Fleminga nie był na ogół bardziej czuły niż kryształ jako detektor radiowy, ale nie wymagał regulacji. Lampa diodowa była więc niezawodną alternatywą do wykrywania sygnałów radiowych. Rura była stosunkowo odporna na wibracje, a tym samym znacznie lepiej sprawdzała się na pokładzie, szczególnie w przypadku okrętów marynarki wojennej, w przypadku których porażenie wystrzałem z broni często zrzucało kryształ z jego wrażliwego punktu.

Lampy diodowe o większej mocy lub prostowniki mocy znalazły zastosowanie w aplikacjach zasilających, aż w końcu zostały zastąpione najpierw przez selen, a później prostowniki krzemowe w latach 60. XX wieku.

Triody

Pierwsza trioda, De Forest Audion , wynaleziona w 1906 roku
Triody, które ewoluowały przez 40 lat produkcji lamp, od RE16 w 1918 do miniaturowej lampy z lat 60.
Symbol triody. Od góry do dołu: płyta (anoda), kratka kontrolna, katoda, grzałka (filament)

Pierwotnie lampy w obwodach radiowych służyły jedynie do prostowania , a nie do wzmacniania. W 1906 r. Robert von Lieben złożył wniosek o patent na lampę elektronopromieniową z odchylaniem magnetycznym. Mogło to służyć do wzmacniania sygnałów audio i było przeznaczone do użytku w sprzęcie telefonicznym. Później pomógł udoskonalić lampę próżniową triody .

Jednak Lee De Forestowi przypisuje się wynalezienie lampy triodowej w 1907 roku podczas eksperymentów mających na celu ulepszenie swojego oryginalnego (diody) Audiona . Umieszczając dodatkową elektrodę pomiędzy żarnikiem ( katodą ) a płytką (anodą), odkrył zdolność powstałego urządzenia do wzmacniania sygnałów. Ponieważ napięcie przyłożone do siatki kontrolnej (lub po prostu „siatki”) zostało obniżone z napięcia katody do nieco bardziej ujemnych napięć, ilość prądu z żarnika do płytki zostanie zmniejszona.

Ujemne pole elektrostatyczne wytworzone przez siatkę w pobliżu katody hamuje przechodzenie emitowanych elektronów i zmniejsza prąd do płytki. Zatem różnica kilku woltów na siatce spowodowałaby dużą zmianę prądu płyty i mogłaby prowadzić do znacznie większej zmiany napięcia na płycie; rezultatem było wzmocnienie napięcia i mocy . W 1908 r. De Forest otrzymał patent (patent USA 879,532 ) na taką trójelektrodową wersję swojego oryginalnego Audiona do użytku jako wzmacniacz elektroniczny w komunikacji radiowej. To w końcu stało się znane jako trioda.

General Electric Company Pliotron, Instytut Historii Nauki

Oryginalne urządzenie De Foresta zostało wykonane w konwencjonalnej technologii próżniowej. Próżnia nie była „twardą próżnią”, ale pozostawiała bardzo małą ilość gazu resztkowego. Fizyka stojąca za działaniem urządzenia również nie została ustalona. Gaz resztkowy powodowałby niebieską poświatę (widoczną jonizację), gdy napięcie płyty było wysokie (powyżej około 60 woltów). W 1912 roku De Forest zabrał Audiona do Harolda Arnolda z działu inżynieryjnego AT&T. Arnold zalecił AT&T zakup patentu, a AT&T zastosował się do jego zaleceń. Arnold opracował rury wysokopróżniowe, które zostały przetestowane latem 1913 roku w dalekosiężnej sieci AT&T. Lampy wysokopróżniowe mogą pracować przy wysokich napięciach płytowych bez niebieskiej poświaty.

Fiński wynalazca Eric Tigerstedt znacznie ulepszył oryginalną konstrukcję triody w 1914 roku, pracując nad procesem dźwięku na filmie w Berlinie w Niemczech. Innowacją Tigerstedta było wykonanie koncentrycznych cylindrów elektrod z katodą pośrodku, co znacznie zwiększyło zbieranie emitowanych elektronów na anodzie.

Irving Langmuira w General Electric laboratorium badawczego ( Schenectady, Nowy Jork ) poprawiła Wolfgang Gaede „s pompę dyfuzyjną wysokiej próżni i wykorzystał je uregulować kwestię emisja termoelektronowa i przewodzenia w próżni. W związku z tym General Electric rozpoczął produkcję triod próżniowych (oznaczonych marką Pliotrons) w 1915 roku. Langmuir opatentował triodę próżniową, ale De Forest i AT&T z powodzeniem zapewniły sobie pierwszeństwo i unieważniły patent.

Pliotrons ściśle następnie francuskiego typu „ TM ”, a później angielskiej typu „B”, które były szeroko stosowane przez Allied wojskowej 1916 Historycznie, poziomy podciśnienia w podciśnieniowych rur produkcji zwykle w przedziale od 10 mPa do 10 NPA (8 × 10 -8  tor do 8 × 10 -11  tor).

Trioda i jej pochodne (tetrody i pentody) są urządzeniami transkonduktancyjnymi , w których sygnałem sterującym podawanym na siatkę jest napięcie , a wynikowym wzmocnionym sygnałem pojawiającym się na anodzie jest prąd . Porównaj to z zachowaniem tranzystora bipolarnego , w którym sygnałem sterującym jest prąd, a wyjściem jest również prąd.

W przypadku lamp próżniowych transkonduktancję lub przewodność wzajemną ( g m ) definiuje się jako zmianę prądu płytki (anody)/katody podzieloną przez odpowiednią zmianę w siatce na napięcie katody, przy stałym napięciu płytki (anody) na katodę. Typowe wartości g m dla małych sygnałów rury próżniowej wynosi od 1 do 10 milisimensy. Jest to jeden z trzech „stałych” części rury próżniowej, dwa pozostałe jego wzmocnienia μ i odporność płyty R s lub R . Równanie Van der Bijla definiuje ich związek w następujący sposób:

Nieliniowa charakterystyka działania triody spowodowała, że ​​wczesne wzmacniacze lampowe wykazywały zniekształcenia harmoniczne przy niskich głośnościach. Wykreślając prąd płytki w funkcji przyłożonego napięcia sieci, stwierdzono, że istnieje zakres napięć sieci, dla których charakterystyka przenoszenia była w przybliżeniu liniowa.

Aby wykorzystać ten zakres, do sieci musiało być przyłożone ujemne napięcie polaryzacji, aby ustawić punkt pracy DC w obszarze liniowym. Nazywano to stanem biegu jałowego, a prąd płyty w tym momencie „prądem biegu jałowego”. Napięcie sterujące zostało nałożone na napięcie polaryzacji, powodując liniową zmianę prądu płyty w odpowiedzi na dodatnią i ujemną zmianę napięcia wejściowego wokół tego punktu.

Ta koncepcja nazywana jest odchyleniem siatki . Wiele wczesnych radioodbiorników posiadało trzecią baterię zwaną „baterią C” (niezwiązaną z dzisiejszym ogniwem C , dla którego litera oznacza jego rozmiar i kształt). Dodatni zacisk baterii C był połączony z katodą lamp (lub „masą” w większości obwodów), a ujemny zacisk dostarczał to napięcie polaryzacji do siatek lamp.

Późniejsze układy, po wykonaniu lamp z grzałkami izolowanymi od ich katod, wykorzystywały polaryzację katodową , unikając potrzeby oddzielnego ujemnego zasilania. W celu polaryzacji katody pomiędzy katodą a ziemią podłączony jest rezystor o stosunkowo niskiej wartości. To sprawia, że ​​katoda jest dodatnia w stosunku do sieci, która jest na potencjale ziemi dla DC.

Jednak baterie C nadal były zawarte w niektórych urządzeniach, nawet gdy baterie „A” i „B” zostały zastąpione zasilaniem z sieci prądu przemiennego. Było to możliwe, ponieważ zasadniczo nie było poboru prądu na tych bateriach; dzięki temu mogły działać przez wiele lat (często dłużej niż wszystkie lampy) bez konieczności wymiany.

Kiedy triody zostały po raz pierwszy zastosowane w nadajnikach i odbiornikach radiowych, odkryto, że dostrojone stopnie wzmocnienia miały tendencję do oscylacji, chyba że ich wzmocnienie było bardzo ograniczone. Wynikało to z pasożytniczej pojemności pomiędzy płytką (wyjście wzmacniacza) a siatką sterującą (wejście wzmacniacza), zwaną pojemnością Millera .

Ostatecznie opracowano technikę neutralizacji, w której transformator RF podłączony do płytki (anody) zawierałby dodatkowe uzwojenie w przeciwnej fazie. To uzwojenie byłoby podłączone z powrotem do sieci przez mały kondensator, a po odpowiednim ustawieniu znosiłoby pojemność Millera. Ta technika została zastosowana i doprowadziła do sukcesu radia Neutrodyne w latach dwudziestych. Jednak neutralizacja wymagała starannej regulacji i okazała się niezadowalająca, gdy była stosowana w szerokim zakresie częstotliwości.

Tetrody i pentody

Symbol tetrody. Od góry do dołu: płyta (anoda), siatka ekranu, siatka kontrolna, katoda, grzałka (filament).

Aby zwalczyć problemy ze stabilnością triody jako wzmacniacza częstotliwości radiowej z powodu pojemności siatki do płyty, fizyk Walter H. Schottky wynalazł w 1919 r. tetrodę lub rurę z siatką ekranu. Wykazał, że dodanie ekranu elektrostatycznego między sterowaniem siatka i płyta mogą rozwiązać problem. Ten projekt został dopracowany przez Hulla i Williamsa. Dodana siatka stała się znana jako siatka ekranu lub siatka osłony . Siatka ekranu pracuje przy napięciu dodatnim znacznie niższym niż napięcie płyty i jest zbocznikowana do masy kondensatorem o niskiej impedancji przy wzmacnianych częstotliwościach. Ten układ zasadniczo oddziela płytkę i siatkę sterującą , eliminując potrzebę neutralizacji obwodów przy częstotliwościach nadawczych fal średnich. Siatka ekranu również w znacznym stopniu zmniejsza wpływ napięcia płyty na ładunek przestrzenny w pobliżu katody, umożliwiając tetrodzie wytwarzanie większego wzmocnienia napięciowego niż triodzie w obwodach wzmacniacza. Podczas gdy współczynniki wzmocnienia typowych triod zwykle wahają się od poniżej dziesięciu do około 100, współczynniki wzmocnienia tetrod wynoszące 500 są powszechne. W konsekwencji możliwe stały się wyższe wzmocnienia napięcia z pojedynczego stopnia wzmocnienia lampowego, zmniejszając liczbę wymaganych lamp. Rury sitowe zostały wprowadzone na rynek pod koniec 1927 roku.

Użyteczny obszar działania lampy siatki ekranu (tetrody) jako wzmacniacza jest ograniczony do potencjałów anodowych w prostych odcinkach krzywych charakterystycznych większych niż potencjał siatki ekranu.

Jednak użyteczny obszar działania lampy siatki ekranu jako wzmacniacza był ograniczony do napięć płytki większych niż napięcie siatki ekranu, z powodu wtórnej emisji z płytki. W każdej rurze elektrony uderzają w płytkę z wystarczającą energią, aby spowodować emisję elektronów z jej powierzchni. W triodzie ta wtórna emisja elektronów nie jest ważna, ponieważ są one po prostu ponownie wychwytywane przez płytkę. Ale w tetrodzie mogą być wychwycone przez siatkę ekranu, ponieważ jest ona również pod napięciem dodatnim, pozbawiając je prądu płytki i zmniejszając wzmocnienie lampy. Ponieważ elektrony wtórne mogą przewyższać liczebnie elektrony pierwotne w pewnym zakresie napięć płyty, prąd płyty może maleć wraz ze wzrostem napięcia płyty. Jest to obszar dynatronu lub załamanie tetrody i jest przykładem negatywnego oporu, który sam może powodować niestabilność. Inną niepożądaną konsekwencją emisji wtórnej jest zwiększenie prądu ekranu, co może spowodować, że ekran przekroczy jego moc znamionową.

Poza tym niepożądany ujemny obszar rezystancji charakterystycznej płytki został wykorzystany w obwodzie oscylatora dynatronowego do wytworzenia prostego oscylatora wymagającego jedynie połączenia płytki z rezonansowym obwodem LC w celu oscylacji. Oscylator dynatronowy działał na tej samej zasadzie ujemnej rezystancji, co wiele lat później oscylator z diodą tunelową .

Obszar dynatronu rury z siatką sitową został wyeliminowany przez dodanie siatki pomiędzy siatką sitową a płytą w celu utworzenia pentody . Siatki przeciwzakłóceniowy z pentodzie był zazwyczaj związany z katodą i jego napięcie ujemne względem anody odpychane elektronów wtórnych, tak że będą one zbierane przez anody, zamiast siatki ekranującej. Termin pentoda oznacza, że ​​rura ma pięć elektrod. Pentoda została wynaleziona w 1926 roku przez Bernarda DH Tellegena i stała się powszechnie faworyzowana w stosunku do prostej tetrody. Pentody wykonywane są w dwóch klasach: z siatką tłumiącą wyprowadzoną wewnętrznie do katody (np. EL84/6BQ5) oraz z siatką tłumiącą podłączoną do osobnego pinu dla dostępu użytkownika (np. 803, 837). Alternatywnym rozwiązaniem do zastosowań energetycznych jest tetroda strumieniowa lub rura mocy strumieniowej , omówione poniżej.

Rury wielofunkcyjne i wielosekcyjne

Konwerter pentagridowy zawiera pięć siatek między katodą a płytą (anodą)

Odbiorniki superheterodynowe wymagają lokalnego oscylatora i miksera , połączonych w funkcję pojedynczej lampy konwertera pentagrydowego . Różne alternatywy, takie jak przy użyciu kombinacji triody z hexode a nawet octode zostały wykorzystane do tego celu. Dodatkowe siatki obejmują siatki sterujące (o niskim potencjale) i siatki ekranowe (o wysokim napięciu). Wiele projektów wykorzystuje taką siatkę ekranu jako dodatkową anodę, aby zapewnić sprzężenie zwrotne dla funkcji oscylatora, którego prąd sumuje się z przychodzącym sygnałem o częstotliwości radiowej. Przetwornik pentagridowy stał się w ten sposób szeroko stosowany w odbiornikach AM, w tym w miniaturowej, lampowej wersji „ All American Five ”. Oktody, takie jak 7A8, były rzadko używane w Stanach Zjednoczonych, ale znacznie częściej w Europie, szczególnie w radiotelefonach zasilanych bateryjnie, w których zaletą było niższe zużycie energii.

Aby jeszcze bardziej zmniejszyć koszt i złożoność sprzętu radiowego, dwie oddzielne struktury (na przykład trioda i pentoda) mogą być połączone w bańce pojedynczej lampy wielosekcyjnej . Wczesnym przykładem jest Loewe 3NF . To urządzenie z lat 20. XX wieku ma trzy triody w pojedynczej szklanej obudowie wraz ze wszystkimi stałymi kondensatorami i rezystorami wymaganymi do zbudowania kompletnego odbiornika radiowego. Ponieważ zestaw Loewe miał tylko jedno gniazdo na lampę, był w stanie znacznie podciąć konkurencję, ponieważ w Niemczech podatek państwowy był nakładany na liczbę gniazd. Jednak niezawodność była zagrożona, a koszty produkcji rury były znacznie wyższe. W pewnym sensie były to układy scalone. W Stanach Zjednoczonych Cleartron krótko wyprodukował potrójną triodę „Multivalve” do użytku w odbiorniku Emerson Baby Grand. Ten zestaw Emersona również ma pojedyncze gniazdo na lampę, ale ponieważ wykorzystuje podstawę czteropinową, połączenia dodatkowych elementów wykonuje się na platformie „mezzanine” w górnej części podstawy lamp.

W 1940 r. rury wielosekcyjne stały się powszechne. Istniały jednak ograniczenia ze względu na patenty i inne względy licencyjne (patrz British Valve Association ). Ograniczenia wynikające z liczby zewnętrznych pinów (przewodów) często wymuszały na funkcjach wspólne korzystanie z niektórych połączeń zewnętrznych, takich jak połączenia katodowe (oprócz połączenia grzałki). RCA Type 55 to dwudiodowa trioda używana jako detektor, prostownik z automatyczną kontrolą wzmocnienia i przedwzmacniacz audio we wczesnych radioodbiornikach zasilanych prądem przemiennym. Zestawy te często zawierają wyjście audio 53 Dual Triode. Inny wczesny typ lampy wielosekcyjnej, 6SN7 , to „podwójna trioda”, która pełni funkcje dwóch lamp triodowych, zajmując o połowę mniej miejsca i kosztując mniej. 12AX7 to podwójna „high Mu” (wzmocnienie wysokiego napięcia) triody w obudowie miniaturowej, i stał się powszechnie używany w wzmacniaczy sygnałów dźwiękowych, instrumentów i wzmacniaczy gitarowych .

Wprowadzenie miniaturowej podstawy lampowej (patrz niżej), która może mieć 9 pinów, więcej niż wcześniej było dostępnych, pozwoliło na wprowadzenie innych wielosekcyjnych lamp, takich jak trioda-pentoda 6GH8 /ECF82, dość popularna w odbiornikach telewizyjnych. Chęć zawarcia jeszcze większej liczby funkcji w jednej obudowie zaowocowała General Electric Compactron, który ma 12 pinów. Typowy przykład, 6AG11, zawiera dwie triody i dwie diody.

Niektóre konwencjonalne rury nie należą do standardowych kategorii; 6AR8, 6JH8 i 6ME8 mają kilka wspólnych siatek, po których następuje para elektrod odchylających wiązkę, które odchylają prąd w kierunku jednej z dwóch anod. Były one czasami nazywane lampami „płaszczyznowymi” i używane w niektórych telewizorach kolorowych do demodulacji kolorów . Podobny 7360 był popularny jako zbalansowany (de)modulator SSB .

Lampy mocy wiązki

Rura zasilająca wiązki zaprojektowana do użytku na częstotliwości radiowej

Rura zasilająca wiązkę tworzy strumień elektronów z katody na wiele częściowo skolimowanych wiązek, aby wytworzyć obszar ładunku kosmicznego o niskim potencjale między anodą a siatką ekranu, aby zwrócić elektrony wtórnej emisji anody do anody, gdy potencjał anody jest mniejszy niż potencjał ekranu siatka. Tworzenie wiązek zmniejsza również prąd siatki ekranu. W niektórych cylindrycznie symetrycznych lampach wiązkowych katoda jest utworzona z wąskich pasków materiału emitującego, które są wyrównane z otworami siatki sterującej, zmniejszając prąd siatki sterującej. Taka konstrukcja pomaga przezwyciężyć niektóre z praktycznych barier w projektowaniu lamp mocy o dużej mocy i wysokiej sprawności.

Arkusze danych producentów często używają terminów pentoda wiązki lub pentoda mocy wiązki zamiast lampy mocy wiązki i używają symbolu graficznego pentody zamiast symbolu graficznego przedstawiającego płytki tworzące wiązkę.

Lampy mocy wiązki oferują zalety dłuższej linii obciążenia, mniejszego prądu ekranu, wyższej transkonduktancji i niższych zniekształceń trzeciej harmonicznej niż porównywalne pentody mocy. Lampy mocy wiązki można łączyć jako triody w celu poprawy jakości tonalnej dźwięku, ale w trybie triodowym zapewniają znacznie zmniejszoną moc wyjściową.

Rury wypełnione gazem

Rury wypełnione gazem, takie jak rury wyładowcze i rury z zimną katodą , nie są twardymi rurami próżniowymi, chociaż zawsze są wypełnione gazem pod ciśnieniem niższym niż atmosferyczne na poziomie morza. Typy takie jak lampowy regulator napięcia i tyratron przypominają twarde lampy próżniowe i pasują do gniazd przeznaczonych do lamp próżniowych. Ich charakterystyczna pomarańczowa, czerwona lub fioletowa poświata podczas pracy wskazuje na obecność gazu; elektrony płynące w próżni nie wytwarzają światła w tym obszarze. Te typy mogą być nadal określane jako „lampy elektronowe”, ponieważ pełnią funkcje elektroniczne. Prostowniki dużej mocy wykorzystują pary rtęci, aby osiągnąć niższy spadek napięcia przewodzenia niż lampy wysokopróżniowe.

Rury miniaturowe

Miniaturowa tuba (po prawej) w porównaniu do starszego stylu ósemkowego. Nie licząc pinów, większa rurka, 5U4GB, ma 93 mm wysokości i 35 mm średnicy podstawy, podczas gdy mniejsza, 9-pinowa 12AX7 , ma 45 mm wysokości i 20,4 mm średnicy.
Subminiaturowa rurka CV4501 (wersja SQ EF72), długość 35 mm x średnica 10 mm (bez przewodów)

Wczesne tuby wykorzystywały metalową lub szklaną powłokę na izolacyjnej podstawie bakelitowej . W 1938 r. opracowano technikę wykorzystania konstrukcji całkowicie szklanej z kołkami wtopionymi w szklaną podstawę koperty. Wykorzystano to w konstrukcji znacznie mniejszego obrysu tuby, znanej jako tuba miniaturowa, z siedmioma lub dziewięcioma pinami. Zmniejszenie rurek zmniejszyło napięcie, w którym mogły bezpiecznie pracować, a także zmniejszyło rozpraszanie mocy żarnika. Miniaturowe lampy stały się dominujące w zastosowaniach konsumenckich, takich jak odbiorniki radiowe i wzmacniacze hi-fi. Jednak większe starsze modele nadal były używane, zwłaszcza jako prostowniki o większej mocy , w stopniach wyjściowych audio o większej mocy i jako lampy nadawcze.

Rurki subminiaturowe

Trioda RCA 6DS4 "Nuvistor", ok. 1900 r. 20 mm wysokości i 11 mm średnicy

Subminiaturowe rurki o wielkości mniej więcej połowy papierosa były używane w jednym z najwcześniejszych komputerów cyfrowych ogólnego przeznaczenia , Jaincomp-B, produkowanym przez Jacobs Instrument Company, oraz w zastosowaniach konsumenckich jako wzmacniacze aparatów słuchowych. Lampy te nie miały pinów wpinanych do gniazda, ale były wlutowane na miejscu. „ Rurka żołędzia ” (nazwana ze względu na swój kształt) była również bardzo mała, podobnie jak nuvistor RCA w metalowej obudowie z 1959 roku, mniej więcej wielkości naparstka . Nuvistor został opracowany, aby konkurować z wczesnymi tranzystorami i działał na wyższych częstotliwościach niż te wczesne tranzystory. Niewielki rozmiar wspierał szczególnie pracę na wysokich częstotliwościach; nuvistory były używane w samolotowych nadajnikach-odbiornikach, tunerach telewizyjnych UHF i niektórych tunerach radiowych HiFi FM (Sansui 500A), dopóki nie zostały zastąpione przez tranzystory o wysokiej częstotliwości.

Ulepszenia konstrukcji i wydajności

Opakowania handlowe na lampy próżniowe używane w drugiej połowie XX wieku, w tym pudełka na pojedyncze tuby (u dołu po prawej), rękawy na rzędy pudełek (po lewej) oraz worki, do których sklep wkłada mniejsze tuby przy zakupie (u góry Prawidłowy)

Najwcześniejsze lampy próżniowe bardzo przypominały żarówki żarowe i były produkowane przez producentów lamp, którzy dysponowali sprzętem potrzebnym do produkcji szklanych kopert oraz pompami próżniowymi niezbędnymi do ewakuacji obudów. De Forest zastosował rtęciową pompę wyporową Heinricha Geisslera , która pozostawiła po sobie częściową próżnię . Opracowanie pompy dyfuzyjnej w 1915 roku i udoskonalenie przez Irvinga Langmuira doprowadziło do opracowania rur wysokopróżniowych. Po I wojnie światowej powołano wyspecjalizowanych producentów stosujących bardziej ekonomiczne metody budowy, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na odbiorniki telewizyjne. Gołe włókna wolframowe działały w temperaturze około 2200 °C. Rozwój włókien powlekanych tlenkiem w połowie lat 20. XX wieku obniżył temperaturę roboczą włókien do ciemnoczerwonego ciepła (około 700 °C), co z kolei zmniejszyło zniekształcenia termiczne struktury rurki i umożliwiło bliższe rozmieszczenie elementów rurki. To z kolei poprawiło wzmocnienie lampy, ponieważ wzmocnienie triody jest odwrotnie proporcjonalne do odstępu między siatką a katodą. Nieosłonięte włókna wolframowe są nadal używane w małych rurkach transmisyjnych, ale są kruche i mają tendencję do pękania przy nieostrożnym obchodzeniu się – np. w usługach pocztowych. Rury te najlepiej nadają się do urządzeń stacjonarnych, w których nie występują uderzenia i wibracje. Z czasem lampy próżniowe stały się znacznie mniejsze.

Katody ogrzewane pośrednio

Chęć zasilania sprzętu elektronicznego z sieci prądu przemiennego napotkała na trudności związane z zasilaniem żarników lamp, ponieważ były one jednocześnie katodą każdej lampy. Zasilanie żarników bezpośrednio z transformatora zasilającego wprowadzało do scen audio przydźwięk o częstotliwości sieciowej (50 lub 60 Hz). Wynalezienie „katody ekwipotencjalnej” zmniejszyło ten problem, przy czym żarniki są zasilane przez uzwojenie symetrycznego transformatora prądu przemiennego z uziemionym odczepem środkowym.

Lepszym rozwiązaniem, które pozwalało każdej katodzie „unosić się” przy innym napięciu, było rozwiązanie z katodą ogrzewaną pośrednio: cylinder z niklu pokrytego tlenkiem działał jako katoda emitująca elektrony i był elektrycznie izolowany od znajdującego się w nim włókna. . Katody żarzone pośrednio umożliwiają oddzielenie obwodu katodowego od obwodu grzejnego. Włókno, które nie było już połączone elektrycznie z elektrodami lampy, stało się po prostu nazywane „grzałką” i równie dobrze mogło być zasilane prądem zmiennym bez wprowadzania przydźwięku. W latach 30. pośrednio żarzone lampy katodowe stały się powszechne w urządzeniach wykorzystujących prąd przemienny. Lampy katodowe ogrzewane bezpośrednio były nadal szeroko stosowane w urządzeniach zasilanych bateryjnie, ponieważ ich włókna wymagały znacznie mniej energii niż grzałki wymagane z katodami ogrzewanymi pośrednio.

Lampy zaprojektowane do zastosowań audio o wysokim wzmocnieniu mogą mieć skręcone przewody grzejne, aby wyeliminować zabłąkane pola elektryczne, które mogą wywoływać buczenie w materiale programu.

Grzejniki mogą być zasilane prądem przemiennym (AC) lub stałym (DC). DC jest często używany tam, gdzie wymagany jest niski przydźwięk.

Zastosowanie w komputerach elektronicznych

Komputer ENIAC z 1946 r. wykorzystywał 17 468 lamp próżniowych i zużywał 150 kW mocy

Lampy próżniowe użyte jako przełączniki umożliwiły po raz pierwszy obliczenia elektroniczne, ale koszt i stosunkowo krótki średni czas do awarii lamp były czynnikami ograniczającymi. „Powszechna mądrość była taka, że ​​zawory – które, podobnie jak żarówki, zawierały gorący, żarzący się żarnik – nigdy nie mogły być używane w zadowalający sposób w dużych ilościach, ponieważ były zawodne, a w dużej instalacji zbyt wiele zepsułoby się w zbyt krótkim czasie”. Tommy Flowers , który później zaprojektował Colossus , „odkrył, że tak długo, jak zawory są włączone i pozostawione włączone, mogą działać niezawodnie przez bardzo długi czas, zwłaszcza jeśli ich „grzałki” były zasilane obniżonym prądem”. W 1934 roku Flowers zbudował udaną instalację eksperymentalną wykorzystującą ponad 3000 rur w małych niezależnych modułach; w przypadku awarii jednej lampy można było wyłączyć jeden moduł i pozostawić pozostałe, zmniejszając w ten sposób ryzyko spowodowania kolejnej awarii lampy; instalacja ta została zaakceptowana przez Urząd Pocztowy (obsługujący centrale telefoniczne). Flowers był również pionierem w stosowaniu lamp jako bardzo szybkich (w porównaniu do urządzeń elektromechanicznych) przełączników elektronicznych . Późniejsze prace potwierdziły, że zawodność lamp nie jest tak poważnym problemem, jak się powszechnie uważa; ENIAC z 1946 r. , z ponad 17 000 lampami, miał awarię lamp (której zlokalizowanie zajęło 15 minut) średnio co dwa dni. Jakość lamp była czynnikiem, a przekierowanie wykwalifikowanych ludzi w czasie II wojny światowej obniżyło ogólną jakość lamp. W czasie wojny Kolos przyczynił się do złamania niemieckich szyfrów. Po wojnie kontynuowano rozwój komputerów lampowych, w tym komputery wojskowe ENIAC i Whirlwind , Ferranti Mark 1 (jeden z pierwszych komercyjnie dostępnych komputerów elektronicznych) oraz UNIVAC I , również dostępny na rynku.

Postęp przy użyciu subminiaturowych lamp obejmował serię maszyn Jaincomp produkowanych przez Jacobs Instrument Company z Bethesda, Maryland. Modele takie jak Jaincomp-B wykorzystywały zaledwie 300 takich lamp w jednostce wielkości biurka, która oferowała wydajność dorównującą wielu ówczesnym maszynom wielkości pokoju.

Kolos

Lampy próżniowe widziane na końcu w odtworzeniu komputera Colossus z czasów II wojny światowej w Bletchley Park w Anglii

Flowers's Colossus i jego następca Colossus Mk2 zostały zbudowane przez Brytyjczyków podczas II wojny światowej, aby znacznie przyspieszyć zadanie złamania niemieckiego wysokiego poziomu szyfrowania Lorenz . Używając około 1500 lamp próżniowych (2400 dla Mk2), Colossus zastąpił wcześniejszą maszynę opartą na przekaźniku i logice przełączników ( Heath Robinson ). Colossus był w stanie w ciągu kilku godzin przełamać wiadomości, które wcześniej zajmowały kilka tygodni; był też znacznie bardziej niezawodny. Colossus był pierwszym zastosowaniem lamp próżniowych pracujących wspólnie na tak dużą skalę dla jednej maszyny.

Po zbudowaniu i zainstalowaniu Colossus działał nieprzerwanie, zasilany przez podwójne redundantne generatory diesla, a zasilanie sieciowe w czasie wojny uważano za zbyt zawodne. Jedynym momentem, w którym został wyłączony, była konwersja do Mk2, która dodała więcej lamp. Zbudowano kolejne dziewięć Colossus Mk2. Każdy Mk2 zużywał 15 kilowatów; większość mocy była przeznaczona na grzałki rurowe.

Rekonstrukcja Kolosa została uruchomiona w 1996 roku; został zaktualizowany do konfiguracji Mk2 w 2004 roku; znalazł klucz do niemieckiego szyfrogramu z czasów wojny w 2007 roku.

Whirlwind i tuby „specjalnej jakości”

Obwody z podstawowej jednostki pamięci Whirlwind

Aby spełnić wymagania dotyczące niezawodności amerykańskiego komputera cyfrowego Whirlwind z 1951 r., wyprodukowano lampy „specjalnej jakości” o wydłużonej żywotności, w szczególności trwałej katody. Problem krótkiej żywotności wywodził się w dużej mierze z odparowania krzemu , stosowanego w stopie wolframu , aby ułatwić ciągnienie drutu grzejnego. Krzem tworzy ortokrzemian baru na granicy między tuleją niklową a powłoką katody z tlenku baru . Ten „interfejs katodowy” jest warstwą o wysokiej rezystancji (z pewną pojemnością równoległą), która znacznie zmniejsza prąd katodowy, gdy lampa jest przełączona w tryb przewodzenia. Eliminacja stopu krzemu z drutu grzejnego (i częstszej wymiany przewodu ciągnącego matryc ) umożliwiło wytwarzanie rur, które były wystarczająco wiarygodne do projektu Whirlwind. Rury niklowe o wysokiej czystości i powłoki katodowe wolne od materiałów, takich jak krzemiany i aluminium, które mogą zmniejszyć emisyjność, również przyczyniają się do długiej żywotności katody.

Pierwszą taką „lampą komputerową” była pentoda 7AK7 Sylvanii z 1948 roku (zastąpiły one 7AD7, które miały być lepszej jakości niż standardowe 6AG7, ale okazały się zbyt zawodne). Komputery były pierwszymi urządzeniami lampowymi, które uruchamiały lampy z odcięciem (wystarczająco ujemne napięcie siatki, aby przestały przewodzić) przez dość długie okresy czasu. Praca w trybie odcięcia przy włączonej grzałce przyspiesza zatrucie katody, a prąd wyjściowy lampy zostanie znacznie zmniejszony po przełączeniu w tryb przewodzenia. Lampy 7AK7 poprawiły problem zatrucia katod, ale samo to nie wystarczyło do osiągnięcia wymaganej niezawodności. Dalsze środki obejmowały wyłączanie napięcia grzałki, gdy lampy nie były wymagane do przewodzenia przez dłuższy czas, włączanie i wyłączanie napięcia grzałki z powolnym wzrostem, aby uniknąć szoku termicznego na elemencie grzejnym, oraz testy obciążeniowe lamp podczas okresów konserwacji w trybie offline, aby sprowadzają wczesne porażki słabych jednostek.

Rury opracowane dla Whirlwind zostały później użyte w gigantycznym komputerowym systemie obrony powietrznej SAGE . Pod koniec lat pięćdziesiątych rutyną było, aby lampy sygnałowe o specjalnej jakości wytrzymywały setki tysięcy godzin, jeśli były obsługiwane zachowawczo. Ta zwiększona niezawodność umożliwiła również stosowanie wzmacniaczy mid-kablowych w kablach podmorskich .

Wytwarzanie ciepła i chłodzenie

Anoda (płyta) tej triody nadawczej została zaprojektowana tak, aby rozpraszać do 500 W ciepła

Podczas pracy lamp wytwarzana jest znaczna ilość ciepła, zarówno z żarnika (grzałki), jak i ze strumienia elektronów bombardujących płytkę. We wzmacniaczach mocy to źródło ciepła jest większe niż ogrzewanie katodowe. Kilka typów lamp pozwala na pracę z anodami przy matowoczerwonym cieple; w innych typach czerwone ciepło wskazuje na poważne przeciążenie.

Wymagania dotyczące odprowadzania ciepła mogą znacząco zmienić wygląd lamp próżniowych dużej mocy. Wzmacniacze audio o dużej mocy i prostowniki wymagały większych powłok do rozpraszania ciepła. Rury nadawcze mogłyby być jeszcze znacznie większe.

Ciepło ucieka z urządzenia przez promieniowanie ciała doskonale czarnego z anody (płyty) jako promieniowanie podczerwone oraz przez konwekcję powietrza nad osłoną rury. W większości lamp konwekcja nie jest możliwa, ponieważ anoda jest otoczona próżnią.

Lampy, które wytwarzają stosunkowo mało ciepła, takie jak żarnik o napięciu 1,4 V, który jest bezpośrednio podgrzewany, zaprojektowane do użytku w urządzeniach zasilanych bateryjnie, często mają błyszczące metalowe anody. Przykładami są 1T4, 1R5 i 1A7. Rury wypełnione gazem, takie jak tyratrony, mogą również wykorzystywać błyszczącą metalową anodę, ponieważ gaz obecny wewnątrz rury umożliwia konwekcję ciepła z anody do szklanej obudowy.

Anoda jest często poddawana obróbce, aby jej powierzchnia emitowała więcej energii podczerwonej. Lampy wzmacniaczy dużej mocy zostały zaprojektowane z zewnętrznymi anodami, które mogą być chłodzone konwekcją, wymuszonym obiegiem powietrza lub wodą obiegową. Chłodzona wodą 80 kg, 1,25 MW 8974 jest jedną z największych dostępnych obecnie na rynku rur.

W rurze chłodzonej wodą napięcie anodowe pojawia się bezpośrednio na powierzchni wody chłodzącej, co wymaga, aby woda była izolatorem elektrycznym, aby zapobiec upływowi wysokiego napięcia przez wodę chłodzącą do układu chłodnicy. Woda, jak zwykle dostarczana, zawiera jony przewodzące prąd; wymagana jest woda dejonizowana , dobry izolator. Takie systemy mają zwykle wbudowany monitor przewodności wodnej, który odcina dopływ wysokiego napięcia, jeśli przewodność staje się zbyt wysoka.

Siatka ekranu może również generować znaczne ciepło. Limity rozpraszania siatki ekranowej, oprócz rozpraszania płytowego, są wymienione dla urządzeń zasilających. Jeśli zostaną one przekroczone, prawdopodobna jest awaria rurki.

Opakowania rurowe

Rurki w metalowej obudowie z oktalną podstawą
Lampa nadawcza triody GS-9B dużej mocy z radiatorem na dole

Większość nowoczesnych tub ma szklane otoczki, ale używa się również metalu, topionego kwarcu ( krzemionki ) i ceramiki . Pierwsza wersja 6L6 wykorzystywała metalową kopertę zapieczętowaną szklanymi koralikami, podczas gdy w późniejszych wersjach zastosowano szklany dysk wtopiony w metal. Metal i ceramika są używane prawie wyłącznie w przypadku lamp mocy o mocy powyżej 2 kW. Nuwistor była nowoczesnym rurkę odbierającą przy użyciu bardzo małej metal pakiet ceramicznego.

Wewnętrzne elementy lamp zawsze były połączone z obwodami zewnętrznymi za pomocą pinów u ich podstawy, które wpinane są do gniazda. Lampy subminiaturowe były produkowane z wyprowadzeń drutowych, a nie gniazd, jednak były one ograniczone do raczej specjalistycznych zastosowań. Oprócz połączeń u podstawy rury, wiele wczesnych triod łączyło siatkę za pomocą metalowej nasadki w górnej części rury; zmniejsza to błąd pojemności między siatką a przewodami płytowymi. Zaślepki rur były również używane do łączenia płyt (anod), szczególnie w przesyłaniu rur i rur przy użyciu bardzo wysokiego napięcia płyty.

Lampy o dużej mocy, takie jak lampy nadawcze, mają pakiety zaprojektowane bardziej w celu zwiększenia wymiany ciepła. W niektórych lampach metalowa osłona jest jednocześnie anodą. 4CX1000A jest tego typu zewnętrzną lampą anodową. Powietrze jest wdmuchiwane przez szereg żeberek przymocowanych do anody, w ten sposób ją schładzając. Lampy mocy wykorzystujące ten schemat chłodzenia są dostępne do rozpraszania do 150 kW. Powyżej tego poziomu stosuje się chłodzenie wodą lub parą wodną. Obecnie dostępną lampą o najwyższej mocy jest Eimac 4CM2500KG, wymuszona tetroda mocy chłodzona wodą o mocy 2,5 megawata. Dla porównania, największy tranzystor mocy może rozproszyć tylko około 1 kilowata.

Nazwy

Ogólna nazwa „[termionowy] zawór” używana w Wielkiej Brytanii wywodzi się od jednokierunkowego przepływu prądu, jaki umożliwia najwcześniejsze urządzenie, dioda termionowa emitująca elektrony z rozgrzanego żarnika, przez analogię z zaworem zwrotnym w rurze wodnej. Amerykańskie nazwy "rura próżniowa", "rura elektronowa" i "rura termionowa" opisują po prostu rurową powłokę, która została opróżniona ("próżnia"), ma grzałkę i kontroluje przepływ elektronów.

W wielu przypadkach producenci i wojsko podawali lampom oznaczenia, które nic nie mówiły o ich przeznaczeniu (np. 1614). Na początku niektórzy producenci używali zastrzeżonych nazw, które mogły przekazywać pewne informacje, ale tylko o ich produktach; KT66 i KT88 były „tetrodami bez załamań”. Później tuby konsumenckie otrzymały nazwy, które przekazywały pewne informacje, przy czym ta sama nazwa często była używana ogólnie przez kilku producentów. W Stanach Zjednoczonych oznaczenia stowarzyszenia producentów radioelektronicznych i telewizyjnych (RETMA) składają się z liczby, po której następuje jedna lub dwie litery oraz liczba. Pierwsza liczba to (zaokrąglone) napięcie grzałki; litery oznaczają konkretną rurkę, ale nic nie mówią o jej budowie; a ostateczna liczba to całkowita liczba elektrod (bez rozróżniania, powiedzmy, rurki z wieloma elektrodami lub dwóch zestawów elektrod w jednej powłoce — na przykład podwójnej triody). Na przykład 12AX7 to podwójna trioda (dwa zestawy po trzy elektrody plus grzałka) z grzałką 12,6V (która, jak to się dzieje, może być również podłączona do zasilania z 6,3V). „AX” nie ma innego znaczenia niż oznaczenie tej konkretnej tuby zgodnie z jej charakterystyką. Podobne, ale nie identyczne lampy to 12AD7, 12AE7...12AT7, 12AU7, 12AV7, 12AW7 (rzadko!), 12AY7 i 12AZ7.

System szeroko stosowany w Europie, znany jako oznaczenie rury Mullard-Philips , również rozszerzony na tranzystory, wykorzystuje literę, po której następuje jedna lub więcej dalszych liter oraz cyfra. Oznaczenie typu określa napięcie lub prąd grzałki (jedna litera), funkcje wszystkich sekcji lampy (jedna litera na sekcję), typ gniazda (pierwsza cyfra) oraz konkretną lampę (pozostałe cyfry). Na przykład ECC83 (odpowiednik 12AX7) to podwójna trioda (CC) 6,3 V (E) z miniaturową podstawą (8). W tym systemie lampy o specjalnej jakości (np. do użytku w komputerze o długiej żywotności) są wskazywane przez przesunięcie numeru zaraz po pierwszej literze: E83CC to specjalnej jakości odpowiednik ECC83, E55L to pentoda mocy bez odpowiednika konsumenckiego .

Rury specjalnego przeznaczenia

Rurka regulatora napięcia w pracy. Gaz pod niskim ciśnieniem w rurze żarzy się z powodu przepływu prądu.

Niektóre rury specjalnego przeznaczenia są skonstruowane z określonymi gazami w powłoce. Na przykład, lampy regulujące napięcie zawierają różne gazy obojętne, takie jak argon , hel czy neon , które jonizują się przy przewidywalnym napięciu. Tyratron jest rura specjalne wypełniona gazem pod niskim ciśnieniem lub pary rtęci. Podobnie jak lampy próżniowe, zawiera gorącą katodę i anodę, ale także elektrodę kontrolną, która zachowuje się trochę jak siatka triody. Gdy elektroda kontrolna zaczyna przewodzić, gaz ulega jonizacji, po czym elektroda kontrolna nie może już zatrzymać prądu; rurka „zatrzaskuje się” w przewodzeniu. Usunięcie napięcia anodowego (płyty) umożliwia dejonizację gazu, przywracając jego stan nieprzewodzący.

Niektóre tyratrony mogą przenosić prądy o dużym natężeniu, jak na swój fizyczny rozmiar. Jednym z przykładów jest miniaturowy typ 2D21, często widywany w szafach grających z lat 50. jako przełączniki sterujące do przekaźników . Wersja tyratronu z zimną katodą, która wykorzystuje kałużę rtęci jako katodę, nazywa się ignitronem ; niektórzy mogą przełączać tysiące amperów. Tyratrony zawierające wodór mają bardzo stałe opóźnienie między ich impulsem włączania a pełnym przewodnictwem; zachowują się podobnie jak nowoczesne prostowniki sterowane krzemem , zwane również tyrystorami, ze względu na ich funkcjonalne podobieństwo do tyratronów. Tyratrony wodorowe są od dawna stosowane w nadajnikach radarowych.

Specjalną lampą jest krytron , który służy do szybkiego przełączania wysokiego napięcia. Krytrony są używane do inicjowania detonacji używanych do odpalenia broni jądrowej ; Krytrony są ściśle kontrolowane na poziomie międzynarodowym.

Lampy rentgenowskie są wykorzystywane między innymi w obrazowaniu medycznym. Lampy rentgenowskie używane do ciągłej pracy w urządzeniach do fluoroskopii i obrazowania CT mogą wykorzystywać zogniskowaną katodę i obrotową anodę do rozpraszania dużej ilości wytwarzanego w ten sposób ciepła. Są one umieszczone w aluminiowej obudowie wypełnionej olejem, aby zapewnić chłodzenie.

Fotopowielacz jest bardzo detektor światła, który wykorzystuje efekt fotoelektryczny i emisji wtórnego zamiast termoelektronowej emisji, do generowania i wzmacniania sygnałów elektrycznych. Sprzęt do obrazowania w medycynie nuklearnej i cieczowe liczniki scyntylacyjne wykorzystują matryce fotopowielaczy do wykrywania scyntylacji o niskiej intensywności spowodowanej promieniowaniem jonizującym .

Rura Ignatron była używana w sprzęcie do zgrzewania oporowego na początku lat 70-tych. Ignatron miał katodę, anodę i zapalnik. Podstawa lampy została wypełniona rtęcią, a lampa służyła jako przełącznik bardzo wysokiego prądu. Pomiędzy anodą a katodą lampy umieszczono duży potencjał prądu, ale można było przewodzić tylko wtedy, gdy zapalnik w kontakcie z rtęcią miał wystarczający prąd, aby odparować rtęć i zamknąć obwód. Ponieważ było to używane w zgrzewaniu oporowym, istniały dwa Ignatrony dla dwóch faz obwodu prądu przemiennego. Ze względu na rtęć na dnie tuby bardzo trudno było je wysłać. Lampy te zostały ostatecznie zastąpione przez SCR (Silicon Controlled Rectifiers).

Zasilanie lampy

Baterie

Baterie zapewniały napięcie wymagane przez lampy we wczesnych zestawach radiowych. Trzy różne napięcia na ogół wymagane, stosując trzy różne baterie wyznaczony jako , B , i C akumulatora. „A”, baterii lub LT (niskiego napięcia), pod warunkiem, że napięcie akumulatora włókna. Grzejniki lampowe zaprojektowano do jedno-, dwu- lub trzyogniwowych akumulatorów kwasowo- ołowiowych, dając nominalne napięcia grzałki 2 V, 4 V lub 6 V. W przenośnych radiach czasami stosowano suche baterie z grzałkami 1,5 lub 1 V. Zmniejszenie zużycia żarnika poprawiło żywotność baterii. Do roku 1955, pod koniec ery lamp, opracowano lampy wykorzystujące tylko 50 mA do zaledwie 10 mA dla grzałek.

Wysokie napięcie przyłożone do anody (płyty) było dostarczane przez akumulator „B” lub zasilacz lub akumulator HT (wysokiego napięcia). Były to na ogół konstrukcje z ogniwami suchymi i zazwyczaj były dostępne w wersjach 22,5, 45, 67,5, 90, 120 lub 135 woltów. Po wycofaniu baterii typu B i zastosowaniu wyprostowanego zasilania sieciowego do wytworzenia wysokiego napięcia wymaganego przez płytki lamp, określenie „B+” utrzymywało się w Stanach Zjednoczonych w odniesieniu do źródła wysokiego napięcia. Większość reszty anglojęzycznego świata nazywa tę dostawę po prostu HT (wysokie napięcie).

Baterie do obwodu lamp próżniowych. Bateria C jest podświetlona.

Wczesne zestawy wykorzystywały baterię polaryzacji sieci lub baterię „C”, która była podłączona w celu zapewnienia ujemnego napięcia. Ponieważ żaden prąd nie przepływa przez połączenie z siatką rury, baterie te nie miały poboru prądu i działały najdłużej, zwykle ograniczone ich własnym okresem trwałości. Zasilanie z baterii polaryzacji sieci rzadko, jeśli w ogóle, było odłączane, gdy radio było wyłączone w inny sposób. Nawet po tym, jak zasilacze prądu przemiennego stały się powszechne, niektóre radioodbiorniki nadal były budowane z bateriami typu C, ponieważ prawie nigdy nie wymagały wymiany. Jednak bardziej nowoczesne obwody zostały zaprojektowane z wykorzystaniem polaryzacji katodowej , eliminując potrzebę trzeciego napięcia zasilającego; stało się to praktyczne w przypadku lamp wykorzystujących pośrednie nagrzewanie katody wraz z rozwojem sprzężenia rezystor/kondensator, które zastąpiło wcześniejsze transformatory międzystopniowe.

"Bateria C" dla polaryzacji jest oznaczeniem nie mającym związku z rozmiarem baterii " ogniwo C " .

Zasilanie prądem zmiennym

Wymiana baterii była głównym kosztem operacyjnym dla wczesnych użytkowników odbiorników radiowych. Opracowanie eliminatora baterii , aw 1925 roku odbiorników bezbateryjnych zasilanych z sieci domowej , obniżyło koszty eksploatacji i przyczyniło się do wzrostu popularności radia. Zasilania za pomocą transformatora z kilkoma uzwojeniami, jeden lub więcej prostowników (które same mogą być rurki próżniowe), filtry i dużych kondensatorów pod warunkiem, że niezbędne prądu stałego napięcia ze źródła prądu przemiennego.

Jako środek redukcji kosztów, szczególnie w przypadku odbiorników konsumenckich o dużej objętości, wszystkie grzałki lampowe mogą być połączone szeregowo poprzez zasilanie AC przy użyciu grzałek wymagających tego samego prądu io podobnym czasie nagrzewania. W jednym z takich projektów kran na rurze grzałki dostarczał 6 woltów potrzebnych do świecenia tarczy. Dzięki wyprowadzeniu wysokiego napięcia z prostownika półfalowego bezpośrednio podłączonego do sieci prądu przemiennego wyeliminowano ciężki i kosztowny transformator mocy. Pozwoliło to również takim odbiornikom na pracę na prądzie stałym, tzw . konstrukcja odbiornika AC/DC . Wielu różnych amerykańskich konsumenckich producentów radioodbiorników AM w tamtych czasach używało praktycznie identycznego obwodu, biorąc pod uwagę przydomek All American Five .

Tam, gdzie napięcie sieciowe mieściło się w zakresie 100–120 V, to ograniczone napięcie sprawdzało się tylko dla odbiorników o małej mocy. Odbiorniki telewizyjne albo wymagały transformatora, albo mogły wykorzystywać obwód podwajania napięcia . Tam, gdzie stosowano napięcie nominalne 230 V, odbiorniki telewizyjne również mogły zrezygnować z transformatora mocy.

Zasilacze beztransformatorowe wymagały środków bezpieczeństwa w swojej konstrukcji, aby ograniczyć ryzyko porażenia prądem użytkowników, takich jak izolowane elektrycznie szafy i blokada wiążąca przewód zasilający z tyłu szafy, więc przewód zasilający był koniecznie odłączony w przypadku otwarcia przez użytkownika lub serwisanta szafka. Przewód oszust był przewód zasilający kończący się w specjalnym gnieździe używanym przez blokadę zabezpieczającą; serwisanci mogliby następnie zasilać urządzenie wystawionym niebezpiecznym napięciem.

Aby uniknąć opóźnienia nagrzewania, odbiorniki telewizyjne „natychmiastowe” przepuszczały przez swoje lampy niewielki prąd grzewczy, nawet gdy telewizor był nominalnie wyłączony. Po włączeniu dostarczany był pełny prąd grzania i zestaw grał niemal natychmiast.

Niezawodność

Tester probówek wyprodukowany w 1930 roku. Pomimo tego, jak jest prezentowany, mógł testować tylko jedną probówkę na raz.

Jednym z problemów z niezawodnością lamp z katodami tlenkowymi jest możliwość, że katoda może powoli „ zatruwać się ” cząsteczkami gazu z innych pierwiastków w lampie, co zmniejsza jej zdolność do emitowania elektronów. Uwięzione gazy lub powolne wycieki gazu mogą również uszkodzić katodę lub spowodować niekontrolowany przepływ prądu płyty (anody) z powodu jonizacji wolnych cząsteczek gazu. Twardość próżniowa i odpowiedni dobór materiałów konstrukcyjnych to główny wpływ na żywotność rur. W zależności od materiału, temperatury i konstrukcji, materiał powierzchni katody może również dyfundować na inne elementy. Grzejniki rezystancyjne, które ogrzewają katody, mogą pękać w sposób podobny do żarówek żarówek, ale rzadko się to zdarza, ponieważ działają w znacznie niższych temperaturach niż lampy.

Awaria grzałki to zazwyczaj pęknięcie drutu wolframowego lub w punkcie spawania związane z naprężeniami i zwykle następuje po wielu cyklach termicznych (włączanie i wyłączanie zasilania). Drut wolframowy ma bardzo niską rezystancję w temperaturze pokojowej. Urządzenie o ujemnym współczynniku temperaturowym, takie jak termistor , może być włączone do zasilania grzałki urządzenia lub można zastosować obwód narastający, aby umożliwić grzałce lub żarnikom osiągnięcie temperatury roboczej bardziej stopniowo niż w przypadku zasilania w funkcji krokowej . Niedrogie radia miały lampy z grzałkami połączonymi szeregowo, o całkowitym napięciu równym napięciu linii (sieci). Niektóre odbiorniki wyprodukowane przed II wojną światową miały grzałki szeregowe o napięciu całkowitym niższym niż napięcie sieciowe. Niektóre miały drut oporowy biegnący wzdłuż przewodu zasilającego, aby obniżyć napięcie do lamp. Inni mieli rezystory szeregowe wykonane jak zwykłe lampy; nazywano je rurami balastowymi.

Po II wojnie światowej rury przeznaczone do szeregowych ciągów grzejnych zostały przeprojektowane tak, aby wszystkie miały taki sam („kontrolowany”) czas nagrzewania. Wcześniejsze projekty miały zupełnie inne termiczne stałe czasowe. Na przykład stopień wyjściowy audio miał większą katodę i nagrzewał się wolniej niż lampy o mniejszej mocy. W rezultacie grzałki, które nagrzewały się szybciej, również chwilowo miały większą oporność, ze względu na ich dodatni współczynnik temperaturowy. Ta nieproporcjonalna rezystancja spowodowała, że ​​czasowo działały z napięciami grzałki znacznie powyżej ich wartości znamionowych i skróciła ich żywotność.

Inny ważny problem z niezawodnością jest spowodowany wyciekiem powietrza do rury. Zwykle tlen w powietrzu reaguje chemicznie z gorącym żarnikiem lub katodą, szybko je niszcząc. Projektanci opracowali projekty rur, które niezawodnie uszczelniają. Dlatego większość rurek była wykonana ze szkła. Stopy metali (takie jak Cunife i Fernico ) i szkła zostały opracowane dla żarówek, które rozszerzały się i kurczyły w podobnych ilościach wraz ze zmianą temperatury. Ułatwiły one skonstruowanie szklanej osłony izolacyjnej, przy jednoczesnym prowadzeniu przewodów łączących przez szkło do elektrod.

Gdy lampa próżniowa jest przeciążona lub pracuje poza jej projektowym rozpraszaniem, jej anoda (płyta) może świecić na czerwono. W sprzęcie konsumenckim świecąca płyta jest powszechnie oznaką przeciążonej lampy. Jednak niektóre duże lampy transmisyjne są zaprojektowane do pracy z anodami przy czerwonym, pomarańczowym lub, w rzadkich przypadkach, białym cieple.

Często wykonywano wersje standardowych lamp „specjalnej jakości”, zaprojektowane z myślą o poprawie wydajności pod pewnymi względami, takimi jak dłuższa żywotność katody, konstrukcja o niskim poziomie szumów, mechaniczna odporność dzięki wzmocnionym włóknom, niski poziom mikrofonowania, do zastosowań, w których lampa będzie zużywać większość swojego odcięcie czasu itp. Jedynym sposobem poznania szczególnych cech części o specjalnej jakości jest zapoznanie się z arkuszem danych. Nazwy mogą odpowiadać standardowej nazwie (12AU7==>12AU7A, jej odpowiednik ECC82==>E82CC itp.) lub być absolutnie dowolne (standardowe i specjalnej jakości odpowiedniki tej samej lampy to 12AU7, ECC82, B329, CV491, E2163 , E812CC, M8136, CV4003, 6067, VX7058, 5814A i 12AU7A).

Najdłuższy odnotowany okres eksploatacji zaworu uzyskał zawór pentodowy Mazda AC/P (nr seryjny 4418) pracujący przy głównym nadajniku BBC w Irlandii Północnej w Lisnagarvey. Zawór działał od 1935 do 1961 roku i miał zarejestrowaną żywotność 232 592 godzin. BBC prowadziła drobiazgowe zapisy życia swoich zaworów z okresowymi zwrotami do swoich centralnych magazynów zastawek.

Odkurzać

Getter w otwartej tubie; srebrzysty depozyt od gettera
Wyświetlacz fluorescencyjny z martwą próżnią (powietrze dostało się do środka i plamka gettera stała się biała)

Rura próżniowa wymaga bardzo dobrej („twardej”) próżni, aby uniknąć konsekwencji generowania jonów dodatnich w rurze. Przy niewielkiej ilości gazu resztkowego, niektóre z tych atomów mogą jonizować po uderzeniu elektronem i tworzyć pola, które niekorzystnie wpływają na charakterystykę lampy. Większe ilości gazu resztkowego mogą wytworzyć samopodtrzymujące się widoczne wyładowanie jarzeniowe między elementami rurowymi. Aby uniknąć tych efektów, ciśnienie szczątkowe w rurce musi być na tyle niskie, aby średnia swobodna droga elektronu była znacznie dłuższa niż rozmiar rurki (więc jest mało prawdopodobne, aby elektron uderzył w resztkowy atom i bardzo niewiele zjonizowanych atomów będzie obecny). Handlu rury próżniowe są ewakuowane przy produkcji do około 0,000001 mm Hg (1,0 x 10 -6  Tr; 130 mPa, 1,3 x 10 -6  kPa; 1,3 × 10 -9  atm).

Aby zapobiec narażaniu przez gazy próżni w rurze, nowoczesne lampy są konstruowane z „ pochłaniaczami ”, które są zwykle małymi, okrągłymi rynnami wypełnionymi metalami, które szybko się utleniają, przy czym najczęściej występuje bar . Podczas opróżniania otoczki rurki, części wewnętrzne, z wyjątkiem gettera, są podgrzewane przez ogrzewanie indukcyjne RF, aby uwolnić pozostały gaz z części metalowych. Rurka jest następnie uszczelniana, a getter jest podgrzewany do wysokiej temperatury, ponownie przez nagrzewanie indukcyjne o częstotliwości radiowej, co powoduje odparowanie materiału gettera i reakcję z resztkowym gazem. Para osadza się na wewnętrznej stronie szklanej bańki, pozostawiając srebrną metaliczną plamę, która nadal pochłania niewielkie ilości gazu, które mogą przeciekać do rurki podczas jej eksploatacji. Przy projektowaniu zaworu zwraca się szczególną uwagę, aby materiał ten nie osadzał się na żadnej z elektrod roboczych. Jeśli w rurce dojdzie do poważnego przecieku w powłoce, osad ten zmienia kolor na biały, ponieważ reaguje z tlenem atmosferycznym . W dużych rurach nadawczych i specjalistycznych często stosuje się bardziej egzotyczne materiały getterowe, takie jak cyrkon . Wczesne lampy z getterem wykorzystywały gettery oparte na fosforze, a te lampy są łatwe do zidentyfikowania, ponieważ fosfor pozostawia na szkle charakterystyczny pomarańczowy lub tęczowy osad. Stosowanie fosforu było krótkotrwałe i szybko zostało zastąpione przez lepsze pochłaniacze baru. W przeciwieństwie do getterów barowych, fosfor po wypaleniu nie wchłonął już żadnych gazów.

Gettery działają poprzez chemiczne łączenie się z gazami resztkowymi lub infiltrującymi, ale nie są w stanie przeciwdziałać (niereaktywnym) gazom obojętnym. Znany problem, dotykający głównie zawory z dużymi powłokami , takie jak lampy elektronopromieniowe i kineskopy, takie jak ikonoskopy , ortikony i ortikony obrazu , pochodzi z infiltracji helem. Efekt pojawia się jako zaburzone lub nieobecne działanie oraz jako rozproszona poświata wzdłuż strumienia elektronów wewnątrz tuby. Efekt ten nie może zostać naprawiony (brak możliwości ponownej ewakuacji i ponownego uszczelnienia) i jest odpowiedzialny za robocze przykłady takich rurek, które stają się coraz rzadsze. Nieużywane ("nowe stare zapasy") rury mogą również wykazywać infiltrację gazu obojętnego, więc nie ma długoterminowej gwarancji, że te typy rur przetrwają w przyszłości.

Rury nadawcze

Duże rurki transmisyjne mają zwęglone włókna wolframowe zawierające niewielką ilość (od 1% do 2%) toru . Niezwykle cienka (molekularna) warstwa atomów toru tworzy się na zewnątrz warstwy zwęglonej drutu i po podgrzaniu służy jako wydajne źródło elektronów. Tor powoli odparowuje z powierzchni drutu, podczas gdy nowe atomy toru dyfundują na powierzchnię, aby je zastąpić. Takie torowane katody wolframowe zwykle zapewniają żywotność w dziesiątkach tysięcy godzin. Scenariusz końca życia torowanego włókna wolframowego polega na tym, że warstwa karbonizowana została w większości przekształcona z powrotem w inną formę węglika wolframu i emisja zaczyna gwałtownie spadać; Nigdy nie stwierdzono, aby całkowita utrata toru była czynnikiem końca życia w rurze z tego typu emiterem. WAAY-TV w Huntsville w stanie Alabama osiągnęło 163 000 godzin (18,6 lat) eksploatacji z klistronu zewnętrznej wnęki Eimac w obwodzie wizualnym nadajnika; jest to najwyższa udokumentowana żywotność dla tego typu rury. Mówi się, że nadajniki z lampami próżniowymi są w stanie lepiej przetrwać uderzenia piorunów niż nadajniki tranzystorowe. Chociaż powszechnie uważano, że przy poziomach mocy RF powyżej około 20 kilowatów lampy próżniowe są bardziej wydajne niż obwody półprzewodnikowe, to już nie jest prawdą, szczególnie w przypadku usług fal średnich (transmisja AM), gdzie prawie wszystkie nadajniki półprzewodnikowe poziomy mocy mają wymiernie wyższą wydajność. Nadajniki FM z półprzewodnikowymi wzmacniaczami mocy do około 15 kW również wykazują lepszą ogólną wydajność energetyczną niż wzmacniacze lampowe.

Odbieranie rur

Katody w małych rurkach „odbiorczych” są powlekane mieszaniną tlenku baru i tlenku strontu , czasami z dodatkiem tlenku wapnia lub tlenku glinu . Grzałka elektryczna jest umieszczona w tulei katodowej i odizolowana od niej elektrycznie powłoką z tlenku glinu. Ta złożona konstrukcja powoduje, że atomy baru i strontu dyfundują na powierzchnię katody i emitują elektrony po podgrzaniu do około 780 stopni Celsjusza.

Tryby awaryjne

Katastrofalne awarie

Katastrofalna awaria to taka, która nagle sprawia, że ​​rura próżniowa staje się bezużyteczna. Pęknięcie w szklanej kopercie wpuści powietrze do rurki i ją zniszczy. Pęknięcia mogą wynikać z naprężeń w szkle, wygiętych kołków lub uderzeń; gniazda rurowe muszą umożliwiać rozszerzalność cieplną, aby zapobiec naprężeniom szkła na kołkach. Naprężenie może się kumulować, jeśli metalowa osłona lub inny przedmiot naciska na osłonę rury i powoduje różnicowe nagrzewanie szkła. Szkło może również zostać uszkodzone przez wyładowania łukowe pod wysokim napięciem.

Grzejniki lampowe mogą również ulec uszkodzeniu bez ostrzeżenia, zwłaszcza jeśli są narażone na przepięcie lub w wyniku wad produkcyjnych. Grzejniki rurowe zwykle nie zawodzą przez odparowanie, podobnie jak żarniki lamp, ponieważ działają w znacznie niższej temperaturze. Udar prądu rozruchowego przy pierwszym włączeniu grzałki powoduje naprężenia w grzałce i można tego uniknąć, powoli podgrzewając grzałki, stopniowo zwiększając prąd za pomocą termistora NTC znajdującego się w obwodzie. Lampy przeznaczone do szeregowej pracy grzałek w poprzek zasilania mają określony kontrolowany czas nagrzewania, aby uniknąć nadmiernego napięcia na niektórych grzałkach podczas nagrzewania się innych. Bezpośrednio podgrzewane katody żarnikowe stosowane w lampach zasilanych bateryjnie lub niektóre prostowniki mogą ulec uszkodzeniu, jeśli żarnik zwisa, powodując wewnętrzne wyładowanie łukowe. Nadmierne napięcie między grzałką a katodą w pośrednio żarzonych katodach może spowodować uszkodzenie izolacji między elementami i zniszczenie grzałki.

Iskrzenie pomiędzy elementami rury może zniszczyć rurę. Łuk może być wywołany przyłożeniem napięcia do anody (płyty) przed osiągnięciem przez katodę temperatury roboczej lub pobraniem nadmiernego prądu przez prostownik, który uszkadza powłokę emisyjną. Łuki mogą być również inicjowane przez dowolny luźny materiał wewnątrz lampy lub przez nadmierne napięcie ekranu. Łuk wewnątrz rury umożliwia wydzielanie się gazu z materiałów rury i może osadzić materiał przewodzący na wewnętrznych przekładkach izolacyjnych.

Prostowniki lampowe mają ograniczoną obciążalność prądową, a przekroczenie wartości znamionowych ostatecznie zniszczy lampę.

Awarie zwyrodnieniowe

Awarie zwyrodnieniowe to te spowodowane powolnym pogarszaniem się wydajności w czasie.

Przegrzanie części wewnętrznych, takich jak kratki kontrolne lub izolatory dystansowe z miki, może spowodować ulatnianie się uwięzionego gazu do rury; może to zmniejszyć wydajność. Pochłaniacza jest używane do absorpcji gazów powstałych podczas pracy kineskopu, lecz ma tylko ograniczoną zdolność do łączenia się z gazem. Kontrola temperatury koperty zapobiega niektórym rodzajom gazowania. Rurka o niezwykle wysokim poziomie wewnętrznego gazu może wykazywać widoczną niebieską poświatę po przyłożeniu napięcia płyty. Getter (będący metalem o wysokiej reaktywności) jest skuteczny wobec wielu gazów atmosferycznych, ale nie wykazuje (lub ma bardzo ograniczoną) reaktywność chemiczną w stosunku do gazów obojętnych, takich jak hel. Jeden postępujący rodzaj awarii, zwłaszcza w przypadku fizycznie dużych powłok, takich jak te używane w lampach kamerowych i lampach katodowych, pochodzi z infiltracji helem. Dokładny mechanizm nie jest jasny: jednym z możliwych miejsc infiltracji są uszczelnienia wprowadzające typu metal-szkło.

Gaz i jony w rurze przyczyniają się do powstawania prądu siatki, który może zakłócać działanie obwodu lampy próżniowej. Innym skutkiem przegrzania jest powolne osadzanie się oparów metali na przekładkach wewnętrznych, co prowadzi do przecieków między elementami.

Lampy w stanie czuwania przez długi czas, przy przyłożonym napięciu grzałki, mogą rozwinąć wysoką rezystancję interfejsu katody i wykazywać słabą charakterystykę emisji. Efekt ten wystąpił zwłaszcza w obwodach impulsowych i cyfrowych , gdzie w lampach przez dłuższy czas nie przepływał prąd płytkowy. Wykonano lampy zaprojektowane specjalnie do tego trybu pracy.

Zubożenie katody to utrata emisji po tysiącach godzin normalnego użytkowania. Czasami emisję można przywrócić na jakiś czas przez podniesienie napięcia grzałki, albo na krótki czas, albo przez stały kilkuprocentowy wzrost. Zubożenie katody było rzadkie w lampach sygnałowych, ale było częstą przyczyną awarii lamp katodowych w telewizji monochromatycznej . Żywotność tego drogiego elementu była czasami przedłużana przez zamontowanie transformatora doładowania w celu zwiększenia napięcia grzałki.

Inne awarie

W rurach próżniowych mogą pojawić się wady działania, które sprawiają, że pojedyncza rura nie nadaje się do danego urządzenia, chociaż w innym zastosowaniu może działać zadowalająco. Mikrofonika to wewnętrzne drgania elementów lampowych, które w niepożądany sposób modulują sygnał lampy; odbiór dźwięku lub wibracji może wpływać na sygnały, a nawet powodować niekontrolowane wycie, jeśli ścieżka sprzężenia zwrotnego (o wzmocnieniu większym niż jedność) rozwinie się między lampą mikrofonową a np. głośnikiem. Prąd upływu między grzałkami AC a katodą może sprzęgać się z obwodem lub elektrony emitowane bezpośrednio z końców grzałki mogą również wprowadzać do sygnału szum . Prąd upływu spowodowany zanieczyszczeniem wewnętrznym może również wprowadzać hałas. Niektóre z tych efektów sprawiają, że lampy nie nadają się do użytku z małym sygnałem audio, chociaż nie można ich zakwestionować do innych celów. Wybór najlepszego z partii nominalnie identycznych rur do krytycznych zastosowań może dać lepsze wyniki.

Kołki rurowe mogą tworzyć nieprzewodzące lub wysoce odporne filmy powierzchniowe z powodu ciepła lub brudu. Kołki można czyścić w celu przywrócenia przewodności.

Testowanie

Uniwersalny tester lamp próżniowych

Lampy próżniowe można testować poza obwodami za pomocą testera lamp próżniowych.

Inne urządzenia z lampą próżniową

Większość małych lampowych urządzeń sygnałowych została zastąpiona przez półprzewodniki, ale niektóre elektroniczne urządzenia lampowe są nadal w powszechnym użyciu. Magnetron to rodzaj rurki stosowany we wszystkich kuchenkach mikrofalowych . Pomimo zaawansowanego stanu techniki w technologii półprzewodników mocy, lampa próżniowa nadal ma niezawodność i przewagę kosztową w zakresie wytwarzania mocy RF o wysokiej częstotliwości.

Niektóre lampy, takie jak magnetronów , rury z falą , karcinotrony i klistrony , łączenie magnetycznych i efektów elektrostatycznych. Są to wydajne (zwykle wąskopasmowe) generatory RF i nadal znajdują zastosowanie w radarach , kuchenkach mikrofalowych i ogrzewaniu przemysłowym. Lampy o fali bieżącej (TWT) są bardzo dobrymi wzmacniaczami i są nawet używane w niektórych satelitach komunikacyjnych. Lampy klistronowe o dużej mocy mogą dostarczyć setki kilowatów w zakresie UHF.

Lampy katodowe

Kineskop (CRT) jest rurka próżniowa stosowany zwłaszcza do wyświetlania. Chociaż wciąż istnieje wiele telewizorów i monitorów komputerowych wykorzystujących lampy elektronopromieniowe, są one szybko zastępowane przez wyświetlacze płaskoekranowe, których jakość znacznie się poprawiła, nawet gdy ich ceny spadły. Dotyczy to również oscyloskopów cyfrowych (opartych na wewnętrznych komputerach i przetwornikach analogowo-cyfrowych ), chociaż tradycyjne oscyloskopy analogowe (zależne od CRT) są nadal produkowane, są ekonomiczne i preferowane przez wielu techników. Kiedyś wiele radioodbiorników używało " magicznych lamp ocznych ", wyspecjalizowanego rodzaju CRT używanego zamiast ruchu miernika, aby wskazać siłę sygnału lub poziom wejściowy w magnetofonie. Nowoczesne urządzenie wskaźnikowe, próżniowy wyświetlacz fluorescencyjny (VFD) jest również rodzajem lampy katodowej.

Lampa rentgenowska jest rodzajem kineskopowej generujący rentgenowskie przy wysokiej elektronów uderza napięcia anody.

Żyrotrony lub masery próżniowe, używane do generowania milimetrowych fal pasmowych o dużej mocy, to magnetyczne lampy próżniowe, w których niewielki efekt relatywistyczny , ze względu na wysokie napięcie, jest wykorzystywany do skupiania elektronów. Żyrotrony mogą generować bardzo duże moce (setki kilowatów). Lasery na swobodnych elektronach , wykorzystywane do generowania spójnego światła o dużej mocy, a nawet promieniowania rentgenowskiego , są wysoce relatywistycznymi lampami próżniowymi napędzanymi przez wysokoenergetyczne akceleratory cząstek. Są to więc rodzaje lamp elektronopromieniowych.

Mnożniki elektronowe

Fotopowielacza jest fototubus których czułość jest znacznie zwiększona przez zastosowanie mnożenia elektronów. Działa to na zasadzie emisji wtórnej , w której pojedynczy elektron emitowany przez fotokatodę uderza w specjalny rodzaj anody zwanej dynodą, powodując uwolnienie większej liczby elektronów z tej dynody. Elektrony te są przyspieszane w kierunku innej dynody przy wyższym napięciu, uwalniając więcej elektronów wtórnych; aż 15 takich stopni daje ogromne wzmocnienie. Pomimo ogromnych postępów w fotodetektorach półprzewodnikowych, zdolność wykrywania pojedynczych fotonów w fotopowielaczach sprawia, że ​​to urządzenie z lampą próżniową doskonale sprawdza się w niektórych zastosowaniach. Taka rura może być również używana do wykrywania promieniowania jonizującego jako alternatywa dla lampy Geigera-Müllera (sama nie jest rzeczywistą lampą próżniową). Historycznie rzecz biorąc, tubus kamery telewizyjnej z ortikonem obrazu szeroko stosowany w studiach telewizyjnych przed opracowaniem nowoczesnych matryc CCD również wykorzystywał wielostopniowe mnożenie elektronów.

Przez dziesięciolecia projektanci lamp elektronowych próbowali wzmacniać lampy wzmacniające o mnożniki elektronowe w celu zwiększenia wzmocnienia, ale te cierpiały na krótką żywotność, ponieważ materiał użyty do dynod „zatruwał” gorącą katodę lampy. (Na przykład, interesująca lampa wtórnej emisji RCA 1630 została wprowadzona na rynek, ale nie przetrwała.) Jednak ostatecznie Philips z Holandii opracował lampę EFP60, która miała zadowalającą żywotność i była używana w co najmniej jednym produkcie, pulsometrze laboratoryjnym. generator. W tym czasie jednak tranzystory szybko się poprawiały, co sprawiło, że takie rozwiązania stały się zbędne.

Jeden z wariantów zwany „kanałowym powielaczem elektronów” nie wykorzystuje pojedynczych dynod, ale składa się z zakrzywionej rury, takiej jak helisa, pokrytej od wewnątrz materiałem o dobrej emisji wtórnej. Jeden typ miał swego rodzaju lejek do przechwytywania elektronów wtórnych. Ciągła dynoda była oporowa, a jej końce były podłączone do napięcia wystarczającego do wytworzenia powtarzających się kaskad elektronów. Płyta mikrokanału składa się z szeregu pojedynczych etapie elektronów mnożących powyżej płaszczyzny obrazu; kilka z nich można następnie ułożyć w stos. Może to służyć na przykład jako wzmacniacz obrazu, w którym dyskretne kanały zastępują ogniskowanie.

Tektronix wykonał wysokowydajny oscyloskop szerokopasmowy CRT z kanałową płytką powielacza elektronów za warstwą luminoforu. Ta płytka była wiązką złożoną z ogromnej liczby krótkich pojedynczych rurek cem, które przyjmowały wiązkę niskoprądową i wzmacniały ją, aby zapewnić praktyczną jasność. (Optyka elektronowa szerokopasmowego działa elektronowego nie mogła zapewnić wystarczającego prądu do bezpośredniego wzbudzenia luminoforu.)

Lampy próżniowe w XXI wieku

Aplikacje niszowe

Chociaż rury próżniowe zostały zastąpione przez półprzewodnikowe urządzenia w większości zastosowań wzmacniający, przełączania i prostujących, są pewne wyjątki. Poza wymienionymi powyżej funkcjami specjalnymi, lampy nadal mają pewne zastosowania niszowe.

Ogólnie rzecz biorąc, lampy próżniowe są znacznie mniej podatne niż odpowiadające im elementy półprzewodnikowe na przejściowe przepięcia, takie jak przepięcia sieciowe lub wyładowania atmosferyczne, efekt impulsu elektromagnetycznego wybuchów jądrowych lub burze geomagnetyczne wytwarzane przez gigantyczne rozbłyski słoneczne. Ta właściwość pozwalała na używanie ich w niektórych zastosowaniach wojskowych długo po tym, jak bardziej praktyczna i tańsza technologia półprzewodnikowa była dostępna dla tych samych zastosowań, jak na przykład MiG-25 . W tym samolocie moc wyjściowa radaru wynosi około jednego kilowata i może przepalić kanał pod wpływem zakłóceń.

Rury próżniowe są nadal praktyczną alternatywą dla urządzeń półprzewodnikowych w generowaniu dużej mocy na częstotliwościach radiowych w zastosowaniach takich jak przemysłowe ogrzewanie częstotliwościami radiowymi , akceleratory cząstek i nadajniki nadawcze . Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku częstotliwości mikrofalowych, gdzie takie urządzenia jak klistron i lampa o fali bieżącej zapewniają wzmocnienie na poziomach mocy nieosiągalnych przy użyciu obecnych urządzeń półprzewodnikowych. Domowa kuchenka mikrofalowa wykorzystuje rurkę magnetronową do wydajnego generowania setek watów mocy mikrofalowej. Urządzenia półprzewodnikowe, takie jak azotek galu, są obiecującymi zamiennikami, ale są bardzo drogie i wciąż są w fazie rozwoju.

W zastosowaniach wojskowych lampa próżniowa o dużej mocy może generować sygnał o mocy 10–100 megawatów, który może przepalić front niezabezpieczonego odbiornika. Takie urządzenia są uważane za niejądrową broń elektromagnetyczną; zostały wprowadzone pod koniec lat 90. zarówno przez USA, jak i Rosję.

Audiofile

70-watowy lampowy hybrydowy wzmacniacz audio, który w 2011 r. kosztował 2680 USD, czyli około 10 razy więcej niż porównywalny model wykorzystujący tranzystory.

Wiele osób woli dźwięk lampowy, aby wzmacniacze lampowe były opłacalne w trzech obszarach: wzmacniacze instrumentów muzycznych (np. gitara), urządzenia używane w studiach nagraniowych i sprzęt audiofilski .

Wielu gitarzystów woli używać wzmacniaczy lampowych od modeli półprzewodnikowych, często ze względu na sposób, w jaki mają tendencję do zniekształcania, gdy są przesterowane. Każdy wzmacniacz może dokładnie wzmocnić sygnał tylko do określonej głośności; po przekroczeniu tej granicy wzmacniacz zacznie zniekształcać sygnał. Różne obwody będą zniekształcać sygnał na różne sposoby; niektórzy gitarzyści wolą zniekształcenia lamp próżniowych. Najpopularniejsze modele vintage wykorzystują lampy próżniowe.

Wyświetlacze

Kineskop

Na początku XXI wieku kineskop był dominującą technologią wyświetlania w telewizorach i monitorach komputerowych . Jednak szybkie postępy i spadające ceny technologii płaskich paneli LCD szybko zajęły miejsce kineskopów w tych urządzeniach. Do 2010 roku większość produkcji kineskopów została zakończona.

Próżniowy wyświetlacz fluorescencyjny

Typowy VFD używany w magnetowidzie

Nowoczesna technologia wyświetlania wykorzystująca odmianę lampy elektronopromieniowej jest często stosowana w magnetowidach , odtwarzaczach i nagrywarkach DVD, panelach sterowania kuchenek mikrofalowych i deskach rozdzielczych samochodów. Zamiast skanowania rastrowego , te próżniowe wyświetlacze fluorescencyjne (VFD) włączają i wyłączają siatki sterujące i napięcia anodowe, na przykład w celu wyświetlania dyskretnych znaków. VFD wykorzystuje anody pokryte luminoforem, podobnie jak w innych wyświetlaczach kineskopowych. Ponieważ żarniki są widoczne, muszą one pracować w temperaturach, w których żarnik nie świeci w widoczny sposób. Jest to możliwe przy użyciu nowszej technologii katodowej, a lampy te działają również z dość niskimi napięciami anodowymi (często mniejszymi niż 50 woltów), w przeciwieństwie do lamp katodowych. Ich wysoka jasność umożliwia odczytywanie wyświetlacza w jasnym świetle dziennym. Lampy VFD są płaskie i prostokątne, a także stosunkowo cienkie. Typowe luminofory VFD emitują szerokie spektrum zielonkawo-białego światła, co pozwala na użycie filtrów kolorów, chociaż różne luminofory mogą dawać inne kolory nawet na tym samym wyświetlaczu. Konstrukcja tych lamp zapewnia jasną poświatę pomimo niskiej energii padających elektronów. Dzieje się tak, ponieważ odległość między katodą a anodą jest stosunkowo niewielka. (Ta technologia różni się od oświetlenia fluorescencyjnego , które wykorzystuje lampę wyładowczą ).

Lampy próżniowe wykorzystujące emitery elektronów polowych

W pierwszych latach XXI wieku powróciło zainteresowanie lampami próżniowymi, tym razem z emiterem elektronów uformowanym na płaskim podłożu krzemowym, jak w technologii układów scalonych. Temat ten nazywa się obecnie nanoelektroniką próżniową. Najpopularniejszy projekt wykorzystuje zimną katodę w postaci wielkopowierzchniowego źródła elektronów (na przykład tablica emiterów pola ). Dzięki tym urządzeniom elektrony są emitowane w polu z dużej liczby blisko oddalonych pojedynczych miejsc emisji.

Takie zintegrowane mikrorurki mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach mikrofalowych , w tym telefonach komórkowych, do transmisji Bluetooth i Wi-Fi oraz w komunikacji radarowej i satelitarnej . Od 2012 r. były badane pod kątem możliwych zastosowań w technologii wyświetlania emisji w terenie , ale wystąpiły poważne problemy produkcyjne.

Według doniesień od 2014 r. Ames Research Center NASA pracuje nad tranzystorami próżniowymi wytwarzanymi przy użyciu technik CMOS.

Charakterystyka

Typowa charakterystyka płytki triodowej

Ładunek kosmiczny lampy próżniowej

Gdy katoda jest podgrzewana i osiąga temperaturę roboczą około 1050° Kelvina (777° Celsjusza), wolne elektrony są wypychane z jej powierzchni. Te wolne elektrony tworzą chmurę w pustej przestrzeni między katodą a anodą, znaną jako ładunek kosmiczny . Ta chmura ładunku kosmicznego dostarcza elektrony, które tworzą przepływ prądu z katody do anody. Gdy elektrony są przyciągane do anody podczas działania obwodu, nowe elektrony będą wygotowywać się z katody, aby uzupełnić ładunek kosmiczny. Ładunek kosmiczny jest przykładem pola elektrycznego .

Napięcie - prądowa charakterystyka lampy próżniowej

Wszystkie rurki z jednym lub większą liczbą sieci kontroli są sterowane przez AC ( prądu przemiennego ) wejściowego napięcia zastosowane do siatki sterującej, a otrzymany wzmocniony sygnał pojawia się jako anody prądu . Ze względu na wysokie napięcie umieszczone na anodzie, stosunkowo mały prąd anodowy może oznaczać znaczny wzrost energii ponad wartość pierwotnego napięcia sygnału. W ładunku przestrzennego elektrony odpędza ogrzanego katody są silnie przyciągane pozytywny anody. Siatka kontrolna w rurze pośredniczy w tym przepływie prądu, łącząc niewielki prąd sygnału AC z nieco ujemną wartością siatki. Podczas okresu sygnału (AC) fal stosuje się siatki, to jeździ się na tej wartości ujemnej kierowcy, to pozytywne i negatywne, jak zmiany fali sygnału zmiennego.

Ta zależność jest pokazana za pomocą zestawu krzywych Charakterystyki Płyt (patrz przykład powyżej), które wizualnie pokazują, w jaki sposób prąd wyjściowy z anody ( I a ) może wpływać na małe napięcie wejściowe przyłożone do siatki ( V g ), dla dowolne napięcie na płycie (anodzie) ( V a ).

Każda tuba ma unikalny zestaw takich charakterystycznych krzywych. Krzywe dotyczą graficznie zmiany w chwilowego prądu płyty napędzanej przez znacznie mniejszą zmianę siatki do katody Napięcie ( V Gk ), gdy sygnał wejściowy różni się.

Charakterystyka VI zależy od rozmiaru i materiału płyty i katody. Wyraź stosunek między płytką napięcia a prądem płytki.

  • Krzywa VI (napięcie na żarnikach, prąd płytki)
  • Prąd płyty, charakterystyka napięcia płyty
  • Rezystancja płyty DC płyty – rezystancja ścieżki między anodą a katodą prądu stałego
  • Rezystancja płyty AC płyty – rezystancja ścieżki między anodą a katodą prądu przemiennego

Wielkość pola elektrostatycznego

Wielkość pola elektrostatycznego to wielkość pomiędzy dwiema lub więcej płytkami w rurze.

Patenty

Zobacz też

Notatki wyjaśniające

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Eastman, Austin V., Podstawy lamp próżniowych , McGraw-Hill, 1949
  • Millman, J. & Seely, S. Electronics , wyd. McGraw-Hill, 1951.
  • Biblioteka techniczna Philipsa. Książki opublikowane w Wielkiej Brytanii w latach 40. i 50. przez Cleaver Hume Press na temat projektowania i zastosowania lamp próżniowych.
  • RCA. Podręcznik projektanta Radiotron , 1953 (wydanie 4). Zawiera rozdziały dotyczące projektowania i zastosowania rur odbiorczych.
  • RCA. Receiving Tube Manual , RC15, RC26 (1947, 1968) Wydawany co dwa lata, zawiera szczegóły specyfikacji technicznych lamp sprzedawanych przez RCA.
  • Shiers, George, „Pierwsza lampa elektronowa”, Scientific American, marzec 1969, s. 104.
  • Spangenberg, Karl R. (1948). Rury próżniowe . McGraw-Hill. OCLC  567981 . LCC  TK7872.V3 .
  • Stokes, John, 70 lat lamp radiowych i zaworów , Vestal Press, New York, 1982, s. 3-9.
  • Thrower, Keith, History of the British Radio Valve do 1940 , MMA International, 1982, s. 9-13.
  • Tyne, Gerald, Saga o lampie próżniowej , Ziff Publishing, 1943, (przedruk 1994 Prompt Publications), s. 30-83.
  • Elektronika podstawowa: tomy 1–5 ; Van Valkenburgh, Nooger & Neville Inc.; Wydawnictwo Johna F. Ridera; 1955.
  • Świat bezprzewodowy. Podręcznik projektanta radia . UK przedruk powyższego.
  • "Projektowanie rur próżniowych" ; 1940; RCA.

Zewnętrzne linki