Електронна лампа

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Електронна лампа

Електронната лампа е активен електронен компонент, използван в електрическите вериги на радиотехниката и електрониката, с който се усилват, превключват или по друг начин управляват електрическите сигнали. За тази цел се емитира и управлява поток от електрони в един работен обем от вакуум или газ с ниско налягане, често изработен под формата на стъклен балон. По тази причина електронните лампи се наричат и вакуумни лампи.

История[редактиране | edit source]

Триод („аудион“) на Ли де Форест, 1906 г.

През 1894 година американският изобретател Томас Едисън установява, че между нагрятата жичка на електрическа крушка и вкарана в крушката положително заредена плочка (анод) протича ток. Макар че не виждал конкретно приложение на откритието, Едисон го патентовал. Тогава електроните все още не били известни. През 1899 година немските физици Гайтел и Елснер, конструират първата вакуумна фотоклетка, работеща на същия принцип. При нея катодът не е бил нагреваема жичка, а слой от натрий и калий, свързан към минуса на външен токоизточник. Ток между катода и свързания с плюса на външния източник анод протичал при осветяването на катода.

Английският физик Джон Амброуз Флеминг прави опити в 1904 г. с Едисонови крушки, внесени от САЩ, и разработва диодната лампа, която да се използва за детектиране на радиосигналите (отделяне на полезния сигнал от модулираната носеща радиовълна).

През 1906 година Ли де Форест прави опит да въздейства върху потока електрони. Идеята му е да постави между нагрятата жичка и анода тънка метална спирала - решетка. При подаване на напрежение с определена честота на тази решетка, потокът електрони, течащ от отоплителната жичка към анода, се изменя в такт с честотата на подаваното напрежение. Ли де Форест нарекъл изобретението си "аудион", като използвал латинската дума "audire", което означавали "слушам" и патентовал схемата с аудион под името "аудионов приемник". Няколко месеца преди това австриецът Роберт фон Либен патентовал подобно изобретение под името "Усилвателна радиолампа", понеже токът, протичащ през лампата, е много по-голям от тока, необходим за регулирането му. Имало е дългогодишен патентен спор за авторство между двамата.

Устройство и начин на работа[редактиране | edit source]

Всяка материя се състои от атоми, а те от своя страна се състоят от електрони и ядра. Електроните са едни от най-малките частици на материята. Те се въртят около ядрата на атомите и по този начин се образува нещо, подобно на слънчевата система. С увеличаване на температурата на материята движението на електроните се ускорява. По този начин електроните могат да получат такова ускорение, че да излетят от тялото в пространснството. Ако околната среда е вакуум, това улеснява още повече излитането на електроните.

Да си представим обикновена електрическа крушка. Можем да предположим, че от нажежената жичка във всички посоки се излъчват потоци електрони. Това обаче не е съвсем така. Електроните са отрицателно заредени частици, следователно веднага щом напуснат жичката, тя ще стане положителна (поради това, че на нея ще се яви недостиг от електрони). Положителното напрежение привлича отрицателните електрони, електроните се връщат към жичката, като създават около нея "елекронен облак".

Ако в лампата се постави метална пластинка и на нея се подаде достатъчно високо положително напрежение, пластинката ще привлича електроните, които излитат от жичката. Това е най-простата електронна лампа, наречена диод, тъй като тя съдържа два електрода: нажежена жичка, която се нарича катод, и метална пластинка или цилиндърче, разположено близо до катода, наречено анод. Електронният поток, протичащ от катода към анода, се нарича аноден ток. Той е толкова по-голям, колкото е по-високо анодното напрежение, т.е. положителното напрежение на анода.

Способността на нагретия катод да излъчва електрони се нарича емисия. При продължителна работа на лампата емисията ѝ намалява. Поради тази причина с течение на времето работата на електронните лампи се влошава и практически тя има определен срок на експлоатация.

Ако между катода и анода на лампата се постави мрежа или спиралка от тънък проводник, през който електроните могат да преминават свободно, анодният ток практически няма да се измени. Ако на този електрод, наречен решетка, се подаде напрежение, ще се получи следният резултат: ако подаденото напрежение е положително, решетката ще помага на анода да привлича електроните и анодният ток ще се увеличи; ако подаденото напрежение е отрицателно, решетката ще пречи на движението на електроните и анодният ток ще се намали. При това достатъчно е на решетката да има твърде ниско напрежение, за да се предизвика значително изменение на анодния ток.

Ако това управляващо напрежение е променливо (например модулиран сигнал), анодният ток ще се изменя в такт с измененията на подадения на решетката сигнал. При това измененията на анодния ток ще бъдат значително по-големи от измененията на управляващото напежение.

На този принцип работи усилването на електронната лампа. Лампа с три електрода се нарича триод. Чрез поставяне на допълнителни спомагателни решетки в лампата се получават многоелектродни лампи, от които най-често използвани са т.нар. тетрод (четири електрода - анод, катод и две решетки) и пентод, притежаващ три решетки. Има и лампи с повече решетки: хексод - с четири решетки, хептод - с пет решетки (използва се за преобразуване на честотата в суперхетеродинните радиоприемници), октод и нонод. Има и комбинирани лампи, например триод и пентод заедно в един корпус, или два триода в един корпус , или триод заедно с диод и пр.

Ламповата техника днес[редактиране | edit source]

През 50-те години започва и през 60-те години бурно се развихря "революцията" в електрониката. Много бързо електронните лампи са заменени от полупроводникови прибори - транзистори и интегрални схеми, които не ги превъзхождат по качествени параметри, но значително намаляват габаритите на радиоапаратурата, разхода на енергия и позволяват производството на много широка гама електронни изделия от изчислителната техника, радиотехниката и телевизията, комуникационната техника, радиоавтоматиката и др. при значително повишена надеждност. Транзисторната техника се наложи на пазара благодарение на ниските си цени, възможността за масово производство и бързия технологичен напредък. Първоначално ниските технически параметри на транзисторите (шум, изкривявания и др.), са подобрени в голяма степен със създаването на нов тип - полеви транзистори, но въпреки всичко качествата на електронните лампи като усилвателен елемент в аудиотехниката остават ненадминати и още през 80-те години, след появата на компактдисковете, започва едно възраждане на електронната лампа като елемент на звукоусилвателната техника. Устройства с лампи се предпочитат и от музиканти, свирещи на електрически китари и пр. .

Изкривяванията на сигнала, произвеждани в ламповите усилватели, представляват четни хармоници, докато транзисторите добавят нечетни хармоници. Опростено казано, четен хармоник излъчва звук, който има същия тон като основния, но една октава по-висок, докато нечетен хармоник излъчва друг тон от гамата, който, макар и много слабо, разваля звученето. Затова изкривяванията, внасяни от електронните лампи, се понасят по-търпимо от човешкия слух, дори правят звука по- приятен за слушане. Хармониците се появяват, разбира се, главно при силен аудиосигнал, когато синусоидите започват да се подкастрят отгоре и отдолу.

Естествено, причините за ренесанса на електронните лампи в областта на аудиотехниката са разчепкани от много аспекти. Едни автори наблягат на хармониците, други на дълбоките отрицателни обратни връзки (ООВ) – налични при транзисторните усилватели и почти отсъстващи при ламповите, трети изследват разликите във влиянието на индуктивния товар, какъвто е високоговорителят, при високоволтовите лампови схеми и при нисковолтовите транзисторни схеми. Обосновават се и твърдения, че ренесансът на лампите е чисто и просто израз на носталгия при старите аудиоманиаци или увлечение по модната тенденция при по-младите.

Понастоящем пазарът на електронни лампи за аудиотехника се захранва главно от фабриките в Русия и Китай, които никога не са преустановявали своята дейност, за разлика от тези в САЩ и други страни.

Лампите във военната промишленост[редактиране | edit source]

Електронните лампи дълги години продължават масово да се използват във военните апаратури. Причината е способността им да не се влияят от радиация, т.е. те са много по-надеждни в условията на ядрена война, докато полупроводниковите устройства моментално престават да функционират при ядрен взрив. Затова конструкцията на лампите за военни цели по отношение на надеждност, компактност и икономичност се развива почти до съвършенство. Разработват се и много нови схемни решения, базирани на лампи. Електронните лампи са много по-малко чувствителни и към температурните промени, отколкото полупроводниковите елементи, но това може да се компенсира с подходяща схемотехника. Със сигурност обаче съвременната военна електроника е достигнала до технологично ниво, позволяващо използването и на предимствата на транзисторите и интегралните схеми, както и на нови прибори и устройства.

Класификация[редактиране | edit source]

Класификацията на електронните лампи може да се направи по няколко признака:

  • по стандартизирано захранване на отоплението на катода;
  • по брой на електродите
-диод
-триод
тетрод
-пентод
-хептод и др.
  • по възможните комбинации на вградени електронни лампи в един корпус:
-двоен триод
-триод-пентод и др.
  • по характерни особености с свързани с конструкцията:
-миниатюрни електронни лампи
-генераторни лампи с външно охлаждане (използвани в предавателите) и др.
  • по работна честота.

Системи за обозначаване[редактиране | edit source]

Електронна лампа Philips Miniwatt EC90 (Е - отопление 6,3 V, С - триод)
ECL80 - захранващо напрежение 6,3 V, комбинирана лампа с триод усилвател на напрежение и пентод усилвател на мощност

Крупните производители на електронни лампи са създали системи за обозначаване, които дават първоначална информация по отношение на отоплението на катода, броя на електродите, отразяващи основните функции на лампите и вида присъединителен цокъл. Поради това има европейска, американска, британска, съветска и други обозначителни системи. В периода на масовото използване на електронни лампи фирмите производителки създаваха подробни каталози. В тях се дават не само основните електрически параметри, габарити и присъединителен цокъл, но и волт-амперни характеристики, както и препоръчителни електрически схеми за свързване и създаване на оптимални работни режими.

Европейска система за обозначаване[редактиране | edit source]

В Европейската система за всяка позиция на буква или цифра в обозначаването определя определена характеристика.

Първата буква в обозначението е свързана с отоплението на катода на електронната лампа и характеризира стандартизирано захранващо напрежение или определя електрическия ток, като характерен постоянен параметър на тази серия от електронни лампи. Този показател показва и една съществена особеност - последователността от свързването на отоплителната верига на електронните лампи - дали тя е паралелна или последователна в конструкцията на електронния апарат.

  • -А — напрежение на отоплението 4 V
  • -В — консумиран ток от отоплението 180 mA
  • -С — косумиран ток от отоплението 200 mA
  • -D — напрежение на отоплението до 1.4 V
  • -E — напрежение на отоплението 6.3 V
  • -F — напрежение на отоплението 12.6 V
  • -G — напрежение на отоплението 5 V
  • -H — консумиран ток от отоплението 150 mA
  • -К — напрежение на отоплението 2 V
  • -P — консумиран ток от отоплението 300 mA
  • -U — консумиран ток от отоплението 100 mA
  • -V — консумиран ток от отоплението 50 mA
  • -X — консумиран ток от отоплението 600 mA.

Втората и третата буква (ако има такава) обозначава типа с броя на електродите и предназначението на електронната лампа.

  • -A — диод
  • -B — двоен диод на общ катод
  • -C — триод, усилвател на напрежение
  • -D — триод, усилвател по напрежение и мощност на изходни ел. схеми
  • -E — тетрод, усилвател на напрежение
  • -F — пентод, усилвател на напрежение
  • -L — тетрод или пентод, усилвател по напрежение и мощност на изходни ел. схеми
  • -H — хексод или хептод
  • -K — октод или хептод
  • -M — оптичен индикатор (магическо око за настройка на приемната станция)
  • -P — електронна лампа със специален контрол на емитирания електронен поток
  • -Y — лампа за еднопътно изправяне на захранващи напрежения (диод, кенотрон)
  • -Z — лампа за двупътно изправяне на захранващи напрежения (диод, кенотрон)

С двуцифрени или трицифрени числа се обозначава конструкцията на електронната лампа, определя се серията и използвания присъединителен цокъл.

Други изделия на този принцип[редактиране | edit source]

Принципът на емитиране на електронен поток от катод и управлението му по интензивност и посока се използва в кинескопите, осцилоскопните тръби, магнетроните - други разновидности на популярната електронна лампа. Там се използват електроди с напрежения както за управляване на интензивността на електронния поток, така и за фокусиране или пространствено управление на потока върху екрана. За целта се прилагат допълнително електростатично управление, електромагнитно управление или такова от постоянни магнити.

Вижте също[редактиране | edit source]