|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Електронна лампа. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Електронна лампа, радіолампа - електровакуумний прилад (точніше, вакуумний електронний прилад), що працює за рахунок управління інтенсивністю потоку електронів, що рухаються у вакуумі або розрідженому газі між електродами. Радіолампи масово використовувалися у ХХ столітті як активні елементи електронної апаратури (підсилювачі, генератори, детектори, перемикачі тощо). Нині майже повністю витіснені напівпровідниковими приладами. Іноді ще застосовуються у потужних високочастотних передавачах та аудіотехніці.
Винахід електронної лампи пов'язаний з розвитком техніки освітлення. На початку 80-х років ХІХ століття знаменитий американський винахідник Едісон займався удосконаленням лампи розжарювання. Одним із її недоліків було поступове зменшення світлової віддачі через потьмяніння балона внаслідок появи темної плями на внутрішній стороні скла. Досліджуючи в 1883 році причини цього ефекту, Едісон зауважив, що часто на потьмянілому склі балона в площині петлі нитки залишалася світла, майже незатемнена смуга, причому ця смуга завжди виявлялася з того боку лампи, де знаходилося позитивне введення накального ланцюга. Справа виглядала так, ніби частина вугільної нитки розжарення, що примикає до негативного введення, уникала найдрібніших матеріальних частинок. Пролітаючи повз позитивну сторону нитки, вони покривали внутрішню сторону скляного балона всюди, крім тієї лінії лежить на поверхні скла, яка хіба що затулялася позитивною стороною нитки. Картина цього явища стала очевидніша, коли Едісон ввів усередину скляного балона невелику металеву пластину, розташувавши її між введеннями нитки розжарення. З'єднавши цю пластинку через гальванометр з позитивним електродом нитки, можна було спостерігати поточний через простір усередині балона електричний струм.
Едісон припустив, що потік вугільних частинок, що випускаються негативною стороною нитки, робить частину шляху між ниткою і введеною ним пластинкою провідним, і встановив, що цей потік пропорційний ступеня напруження нитки, або, іншими словами, світлової потужності самої лампи. На цьому, власне, закінчується дослідження Едісона. Американський винахідник тоді не міг уявити, на порозі якого найбільшого наукового відкриття він стояв. Минуло майже 20 років, перш ніж явище, що спостерігалося Едісоном, отримало своє правильне всебічне пояснення. Виявилося, що при сильному нагріванні нитки лампи, поміщеної у вакуум, вона починає випускати в навколишній простір електрони. Цей процес отримав назву термоелектронної емісії і його можна розглядати як випаровування електронів з матеріалу нитки. Думка про можливість практичного використання "ефекту Едісона" вперше спала на думку англійському вченому Флемінгу, який у 1904 році створив заснований на цьому принципі детектор, що отримав назву "двохелектродної трубки", або "діода" Флемінга. Лампа Флемінга була звичайним скляним балоном, заповненим розрідженим газом. Усередині балона містилася нитка розжарення разом з металевим циліндром, що охоплював її. Нагрітий електрод лампи безперервно випускав електрони, які утворювали навколо нього "електронну хмару". Чим вище була температура електрода, тим вище виявлялася щільність електронної хмари. При підключенні електродів лампи джерела струму між ними виникало електричне поле. Якщо позитивний полюс джерела з'єднували з холодним електродом (анодом), а негативний - з нагрітим (катодом), під дією електричного поля електрони частково залишали електронну хмару і прямували до холодного електрода. Таким чином, між катодом і анодом встановлювався електричний струм. При протилежному включенні джерела негативно заряджений анод відштовхував електрони, а позитивно заряджений катод - притягував. І тут електричного струму не виникало. Тобто діод Флемінга мав яскраво виражену односторонню провідність.
Будучи включеною в приймальну схему, лампа діяла подібно до випрямляча, пропускаючи струм в одному напрямку і не пропускаючи у зворотному, і могла служити таким чином хвилепокажчиком - детектором. Для деякого підвищення чутливості лампи подавався належним чином підібраний позитивний потенціал. У принципі, приймальна схема з лампою Флемінга майже нічим не відрізнялася від інших радіосхем того часу. Вона поступалася в чутливості схемою з детектором магнітного типу, але мала незрівнянно більшу надійність. Подальшим видатним досягненням у галузі вдосконалення та технічного застосування електронної лампи став винахід у 1907 році американським інженером Де Форестом лампи, що містить додатковий третій електрод. Цей третій електрод був названий винахідником "сіткою", а сама лампа - "аудином", але на практиці за нею закріпилася інша назва - "тріод". Третій електрод, як видно вже з його назви, був не суцільним і міг пропускати електрони, що летіли від катода до анода. Коли між сіткою і катодом включався джерело напруги, між цими електродами виникало електричне поле, що сильно впливає на кількість електронів, що досягають анода, тобто на силу струму, що тече через лампу (силу анодного струму). При зменшенні напруги, що подається на сітку, сила анодного струму зменшувалася, зі збільшенням - зростала. Якщо на сітку подавали негативну напругу, анодний струм взагалі припинявся - лампа виявлялася "замкненою". Чудова властивість тріода полягала в тому, що керуючий струм міг бути набагато менше основного - нікчемні зміни напруги між сіткою і катодом викликали досить значні зміни анодного струму. Остання обставина дозволяла використовувати лампу для посилення малої змінної напруги і відкривала перед нею надзвичайно широкі можливості для практичного застосування. Поява триелектродної лампи спричинила швидку еволюцію радіоприймальних схем, оскільки виникла можливість у десятки і сотні разів посилювати сигнал, що приймається. Багаторазово зросла чутливість приймачів. Одна з ранніх схем лампового приймача була запропонована вже в 1907 тим же Де Форестом.
Між антеною та заземленням тут включений контур LC, на затискачах якого виникає змінна напруга високої частоти, що утворилася під дією енергії, отриманої з антени. Ця напруга подавалась на сітку лампи і управляла коливаннями анодного струму. Таким чином, в анодному ланцюгу виходили посилені коливання сигналу, які могли приводити в рух мембрану телефону, включеного в той же ланцюг. Перша триелектродна лампа-аудін Де Фореста мала безліч недоліків. Розташування електродів у ній було таким, що більшість електронного потоку потрапляла не так на анод, але в скляний балон. Керуючий вплив сітки виявлявся недостатнім. Лампа була погано відкачана і містила значну кількість молекул газу. Вони іонізувалися і безперервно бомбардували нитку розжарення, чинячи на неї руйнівний вплив. У 1910 році німецький інженер Лібен створив удосконалену електронну лампу-тріод, в якій сітка була виконана у формі перфорованого листа алюмінію і містилася в центрі балона, поділяючи його на дві частини. У нижній частині лампи була нитка розжарення, у верхній - анод. Таке розташування сітки дозволяло посилювати її керуючу дію, тому що через неї проходив весь електронний потік. Анод у цій лампі мав форму прутика чи спіралі з алюмінієвого дроту, а катодом служила платинова нитка. Особливу увагу Лібен звернув збільшення емісійних властивостей лампи. З цією метою вперше було запропоновано покривати нитку розжарення тонким шаром оксиду кальцію або барію. Крім того, в балон вводилися ртутні пари, які створювали додаткову іонізацію і тим самим збільшували катодний струм.
Отже, електронна лампа спочатку узвичаїлася як детектор, потім - підсилювача. Але чільне місце в радіотехніці вона виборола тільки після того, як була виявлена можливість використовувати її для генерування незагасаючих електричних коливань. Найперший ламповий генератор створив у 1913 році чудовий німецький радіотехнік Мейсснер. На основі тріода Лібена він побудував також перший у світі радіотелефонний передавач і в червні 1913 здійснив радіотелефонний зв'язок між Науеном і Берліном на відстані 36 км.
Ламповий генератор містив коливальний контур, що складається з котушки індуктивності L і конденсатора C. Якщо такий конденсатор зарядити, то в контурі виникають коливання, що загасають. Щоб коливання не згасали, потрібно компенсувати втрати енергії за період. Отже, енергія від джерела постійної напруги повинна періодично надходити в контур. З цією метою електричний ланцюг коливального контуру включали ламповий тріод, так що коливання з контуру подавалися на його сітку. В анодний ланцюг лампи включалася котушка Lc, індуктивно пов'язана з котушкою коливального контуру L. У момент включення схеми струм від батареї поступово наростаючи, рухається через тріод і котушку Lc. При цьому згідно із законом електромагнітної індукції в котушці L буде знаходитись електричний струм, який заряджає конденсатор C. Напруга з пластин конденсатора, як це видно зі схеми, подається на катод та сітку. При включенні позитивно заряджена пластина конденсатора з'єднується з сіткою, тобто позитивно заряджає її, що сприяє зростанню струму, що проходить через котушку Lc. Це буде продовжуватися доти, доки анодний струм не досягне максимуму (адже струм у лампі визначається кількістю електронів, що випаровуються з катода, а їх число не може бути безмежно - зростаючи до якогось максимуму, цей струм вже більше не збільшується при зростанні сіткового). напруги). Коли це станеться, через котушку Lc потече постійний струм. Оскільки індуктивний зв'язок здійснюється лише за змінного струму, в котушці L струму не буде. У зв'язку з цим конденсатор почне розряджатися. Позитивний заряд сітки, отже, зменшуватиметься, а це негайно позначиться на величині анодного струму - він теж зменшуватиметься. Отже, струм через котушку Lc буде спадним, що створить в котушці L струм протилежного напрямку. Тому, коли конденсатор C виявиться розрядженим, струм, що зменшується через Lc, як і раніше індукувати струм в котушці L, внаслідок чого пластини конденсатора будуть заряджатися, але в протилежному напрямку, так що на пластині, пов'язаної з сіткою, буде накопичуватися негативний заряд. Це викличе зрештою повне припинення анодного струму - перебіг струму через котушку L знову припиниться, і конденсатор почне розряджатися. Внаслідок цього негативний заряд на сітці буде дедалі менше, знову з'явиться анодний струм, який зростатиме. Так, весь процес повториться спочатку. З цього опису видно, що через сітку лампи протікатиме змінний струм, частота якого дорівнює своїй частоті коливального контуру LC. Але ці коливання будуть загасаючими, а постійними, оскільки вони підтримуються шляхом постійного додавання енергії батареї через котушку Lc, індуктивно пов'язану з котушкою L. Винахід лампового генератора дозволило зробити важливий крок у техніці радіозв'язку - крім передачі телеграфних сигналів, що складалися з коротких і більш тривалих імпульсів, стала можлива надійна та високоякісна радіотелефонний зв'язок - тобто передача за допомогою електромагнітних хвиль людської мови та музики. Може здатися, що радіотелефонний зв'язок не має нічого складного. Справді, звукові коливання з допомогою мікрофона легко перетворюються на електричні. Чому б, посиливши їх і подавши в антену, не передавати на відстань мову та музику так само, як передавався до цього код Морзе? Однак насправді такий спосіб передачі неможливий, тому що через антену добре випромінюються тільки потужні коливання високої частоти. А повільні коливання звукової частоти збуджують у просторі настільки слабкі електромагнітні хвилі, що прийняти їх немає жодної можливості. Тому до створення лампових генераторів, що виробляють коливання високої частоти, радіотелефонний зв'язок був надзвичайно складною справою. Для передачі звуку ці коливання змінюють або, як то кажуть, модулюють за допомогою коливань низької (звукової) частоти. Суть модуляції полягає в тому, що високочастотні коливання генератора і низькочастотні мікрофона накладаються один на одного і таким чином подаються в антену.
Модуляція може відбуватися у різний спосіб. Наприклад, мікрофон вмикається в ланцюг антени. Оскільки опір мікрофона змінюється під впливом звукових хвиль, струм в антені змінюватиметься; інакше кажучи, замість коливань з постійною амплітудою, ми матимемо коливання зі змінною амплітудою - модульований струм високої частоти. Прийнятий приймачем модульований високочастотний сигнал навіть після посилення не може викликати коливання мембрани телефону або рупора гучномовця зі звуковою частотою. Він може викликати лише високочастотні коливання, які не сприймаються нашим вухом. Тому в приймачі необхідно зробити зворотний процес - з високочастотних модульованих коливань виділити сигнал звукової частоти - або, інакше кажучи, зробити детектування сигналу. Детектування здійснювалося за допомогою вакуумного діода. Діод, як уже говорилося, пропускав струм тільки в одному напрямку, перетворюючи змінний струм на пульсуючий. Цей струм пульсуючий згладжувався за допомогою фільтра. Найпростішим фільтром міг бути конденсатор, підключений паралельно з трубкою.
Робота фільтра відбувалася так. У той час, коли діод пропускав струм, частина його відгалужувалася в конденсатор і заряджала його. У проміжках між імпульсами, коли діод опинявся, конденсатор розряджався на трубку. Тому в інтервалі між імпульсами струм протікав через трубку у той самий бік, як і сам імпульс. Кожен наступний імпульс заряджав конденсатор. Завдяки цьому через трубку протікав струм звукової частоти, форма якого майже повністю відтворювала форму низькочастотного сигналу на станції, що передає. Після посилення електричні коливання низької частоти перетворювалися на звук; Найпростіший детекторний приймач складається з коливального контуру, пов'язаного з антеною, та приєднаного до контуру ланцюга, що складається з детектора та телефону. Перші електронні лампи були дуже недосконалі. Але в 1915 році Ленгмюр і Геде запропонували ефективний спосіб відкачування ламп до дуже малих тисків, завдяки чому на зміну іонним лампам прийшли вакуумні. Це підняло електронну техніку на більш високий рівень. Автор: Рижов К.В.
▪ Волоконно-оптична лінія зв'язку
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ 16-бітові мікроконтролери Microchip dsPIC33CK64MC ▪ Планшет Panasonic ToughPad FZ-Q1 ▪ Магнітний заряд протону та антипротону виміряно
▪ Розділ сайту Будівельнику, домашньому майстру. Добірка статей ▪ стаття Цигани шумним натовпом по Бессарабії кочують. Крилатий вислів ▪ стаття У якому році було виявлено перший в історії хакер? Детальна відповідь ▪ стаття Комівояжер. Посадова інструкція ▪ стаття Пальник. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page