Lampa Gazowana Podobna do Tyratronu: Budowa, Działanie i Zastosowanie
- Szczegóły
Lampa elektronowa to przyrząd elektroniczny składający się z elektrod umieszczonych w bańce z wypompowanym powietrzem (lampa próżniowa) lub gazem pod niewielkim ciśnieniem (lampa gazowana). W lampach gazowanych wykorzystuje się wiązki elektronów lub jonów poruszające się między elektrodami lampy i sterowane elektrycznie elektrodami.
Historia Lamp Elektronowych
W 1853 prof. Marian Smoluchowski opublikował pracę o kinetycznej teorii gazów. W 1883 Thomas A. Edison zaobserwował przepływ prądu pomiędzy rozgrzanym włóknem żarówki a umieszczoną obok metalową płytką. W 1897 Joseph John Thomson zbadał oddziaływanie pola elektrycznego i magnetycznego na strumień elektronów. Pierwszą próżniową lampę wzmacniającą sygnały elektryczne zbudował Robert von Lieben w latach 1905-1906.
Irving Langmuir pracując dla General Electric w latach 1909 - 1916 udoskonalił znacznie technikę próżniową i wynalazł pompę dyfuzyjną, co umożliwiło osiąganie wysokiej próżni i poprawiło znacznie parametry lamp elektronowych. W trakcie I w.ś. W 1923 i 1925 Vladimir Zworykin opatentował kineskop i ikonoskop. W 1927 Bernard D.H. Tellegen wynalazł lampę z trzema siatkami - pentodę.
W 1928 rozpoczęły produkcję odbiorczych lamp elektronowych Polskie Zakłady Philips, polski oddział firmy Marconi produkował lampy nadawcze od roku 1934, a Zjednoczone Fabryki Żarówek Tungsram rozpoczęły produkcję lamp elektronowych w 1937. W 1947 zakupiono w firmie Philips licencje na wytwarzanie nowoczesnych lamp odbiorczych i w latach 1948-1949 dzierżoniowską fabrykę przeniesiono do Warszawy.
Wraz z częściowo ocalałymi dawnymi zakładami Tungsram weszła ona w skład Zakładów Wytwórczych Lamp Elektrycznych im. Róży Luksemburg (ZWLE). W 1956 powołano w Warszawie Przemysłowy Instytut Elektroniki (PIE), w którym opracowywano procesy technologiczne i produkowano różnorakie lampy specjalne. W 1957 w Piasecznie powstały Zakłady Elektronowe LAMINA, produkujące między innymi elektronowe lampy nadawcze i mikrofalowe.
Przeczytaj także: Nawilżacz powietrza z jonizatorem - recenzja
W latach 90 w wyniku podziału i przekształceń własnościowych powstały istniejące do dziś zakłady Thales Lamina (produkuje lampy nadawcze) i Z.E. Lamina S.A. W 1961 uruchomiony został we Wrocławiu Zakład Doświadczalny Przemysłowego Instytutu Elektroniki, w którym produkowano m.in.
Klasyfikacja Lamp Elektronowych
Podstawowym kryterium klasyfikacyjnym lamp elektronowych jest ciśnienie gazu w bańce. Spotyka się też podział na lampy małej i dużej mocy. Te pierwsze nazywa się zwykle odbiorczymi, a drugie nadawczymi.
Ze względu na rodzaj katody można lampy podzielić na lampy z zimną katodą, z fotokatodą, z katodą żarzoną pośrednio (odizolowany grzejnik umieszczony w rurce katody) i katodą żarzoną bezpośrednio (katoda w postaci żarzonego drucika).
Lampy Próżniowe
W lampach próżniowych ciśnienie gazów szczątkowych jest mniejsze niż 10-6..10-8 Tr. Obecność gazów nie ma wtedy wpływu na wartości prądów, nośnikami ładunku elektrycznego są zawsze elektrony. Źródłem elektronów (dzięki zjawisku termoemisji) jest rozgrzana katoda. W przestrzeni między katodą a anodą istnieje pole elektryczne przyspieszające elektrony w kierunku anody.
Wytwarzano diody detekcyjne, z maksymalnymi dopuszczalnymi prądami katody rzędu kilkunastu miliamperów i prostownicze, z prądami sięgającymi pojedynczych amperów. Maksymalne napięcie pracy typowych lamp prostowniczych wynosiło kilkaset woltów, ale produkowano również specjalne lampy na dużo wyższe napięcia. Próżniowe diody prostownicze (zwłaszcza na wyższe napięcia) były nazywane kenotronami.
Przeczytaj także: Opinie o nawilżaczu powietrza z lampą LED
Do prostowników pełnookresowych produkowano lampę złożoną z dwóch diod ze wspólną katodą w jednej bańce nazywaną duodiodą. Po II wojnie światowej popularnymi przedstawicielami tych lamp w Polsce były UY1N (dioda prostownicza), AZ1, AZ4 (duodiody prostownicze), 6H6 (podwójna dioda detekcyjne) i kilka lamp używanych w odbiornikach telewizyjnych.
Triody, Tetrody i Pentody
Trioda składa się z trzech elektrod anody, katody i siatki. Z użyciem triod możliwe jest budowanie wzmacniaczy i generatorów sygnałów elektrycznych. Triody zastosowane jako wzmacniacze napięciowe osiągają wzmocnienie do kilkudziesięciu V/V. W latach 30 i 40 XX w. produkowano również niewielkie triody mocy przeznaczone do wzmacniaczy końcowych.
Po II wojnie światowej w Polsce produkowane były triody mocy AD1, podwójne triody 6N8S (małej częstotliwości) oraz ECC85 (oryginalnie przeznaczone do głowic UKF, ale używane również w innych celach). Siatka ekranująca zmniejsza pojemność zwrotną pomiędzy anodą a siatką sterującą, co ułatwia stosowanie lampy w układach wielkiej częstotliwości.
Wadą tetrody jest powstawanie efektu dynatronowego, polegającego na powrocie do siatki ekranującej elektronów wybitych z anody na skutek zjawiska emisji wtórnej. Jest to szczególnie widoczne przy małych prądach i napięciach anody i może doprowadzić do znacznych zniekształceń, a nawet niestabilności układu. We wzmacniaczach mocy stosuje się tetrody strumieniowe, w których dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu siatek i dodatkowym osłonom strumienie elektronów docierające do anody są bardzo wąskie.
W stosunku do tetrody pentoda różni się dodatkową trzecią siatką. Pentody dzieli się na małej mocy (napięciowe), przeznaczone do wzmacniaczy napięciowych małej i wielkiej częstotliwości, oraz na pentody mocy przeznaczone do wzmacniaczy końcowych. Specjalny typ pentody napięciowej to selektoda, w której dzięki specjalnej konstrukcji siatki sterującej można w szerokim zakresie zmieniać wzmocnienie.
Przeczytaj także: Lampa UV czy ozonowanie basenu? Analiza skuteczności metod dezynfekcji.
W Polsce popularne były pentody napięciowe EF22, EF80 (w.cz.), EF86 (do wzmacniaczy małych sygnałów m.cz.) oraz selektody EF89. Z pentod mocy najpopularniejsze to EL84, EL86 i kilka typów pentod do odbiorników telewizyjnych. Pentody mocy mają parametry bardzo zbliżone do tetrod strumieniowych - do tego stopnia, że są traktowane jako ścisłe zamienniki.
Heksody, Heptody, Oktody i Enneody
Lampy z większą liczbą elektrod noszą nazwy heksoda (cztery siatki, łącznie sześć elektrod), heptoda (pięć siatek, łącznie siedem elektrod), oktoda (sześć siatek, łącznie osiem elektrod) i ennoda (zwana również nonodą). W zależności od typu lampy dwie lub trzy siatki są sterujące.
Podstawowym zastosowaniem lamp tej grupy było mieszanie częstotliwości w superheterodynowych odbiornikach radiowych. Lampy z tej grupy mogły być stosowane także w roli lamp kluczujących (na przykład jako selektory impulsów odchylania odbiorników telewizyjnych). Jedyne produkowane enneody to lampa EQ80 (oznaczenie amerykańskie 6BE7) oraz EQ40 i UQ80 różniące się od niej jedynie typem cokołu i napięciem żarzenia.
Lampy Złożone (Kombinowane) i Kompaktrony
Lampy złożone (kombinowane) zawierają kilka systemów (struktur) lamp umieszczonych w jednej bańce. Konstruowano je zwykle tak, by urządzenie zawierało niewielką ich liczbę, możliwie z jednakowym cokołem. Umożliwiało to zmniejszenie rozmiarów i kosztów urządzenia.
Kompaktrony zostały wprowadzone do produkcji przez General Electric na przełomie lat 50 i 60 XX w. jako odpowiedź na coraz szersze rozpowszechnianie się tranzystorów. Były wyposażone w nowy, 12-nóżkowy cokół, zawierały dwa lub trzy systemy w jednej bańce i umożliwiały zmniejszenie liczby lamp w urządzeniu o około połowę.
Nuwistory i Lampy Nadawcze
Nuwistory to miniaturowe lampy ceramiczno metalowe wprowadzone przez firmę RCA w 1956. Miały duże częstotliwości pracy, lepsze od zwykłych lamp parametry szumowe i stosunkowo niskie mikrofonowanie. Znajdowały zastosowanie głównie w telewizyjnych głowicach UKF i UHF telewizorów, oraz w sprzęcie specjalnym.
Podstawowym wymaganiem dotyczącym lamp nadawczych jest dostarczenie dużej mocy, charakteryzują się one zatem dużą dopuszczalną mocą strat (nawet ponad 100 kW), napięciem pracy rzędu kilku lub kilkunastu kV i dużymi dopuszczalnymi prądami. Przy większych częstotliwościach i mocach stosuje się triody, zaś pentody i tetrody w urządzeniach do mocy około 1 kW. Duża moc strat często wymaga odprowadzenia ciepła przez wymuszone chłodzenie powietrzem, wodą lub poprzez odparowanie wody (wapotrony).
Lampy Elektropromieniowe
Działanie lamp elektropromieniowych opiera się na zogniskowanym strumieniu elektronów wytwarzanym przez działo elektronowe (wyrzutnię elektronów). Lampy obrazowe posiadają pokryty luminoforem ekran, na którym w wyniku bombardowania elektronami powstaje obraz świetlny. Źródłem strumienia elektronów wyrzutnia elektronów składająca się z katody oraz elektrod skupiających i sterujących. Kineskopy charakteryzują się magnetycznym odchylaniem strumienia elektronów. W lampach oscyloskopowych odchylanie strumienia elektronów jest elektrostatyczne.
Lampy Analizujące
Ikonoskop to historycznie pierwsza lampa analizująca. Składa się z mozaiki fotokomórek na którą jest rzutowany obraz powodując powstanie odpowiedniego rozkładu potencjałów. Ortikon różni się tym od ikonoskopu, że płytka analizująca jest półprzezroczysta, co umożliwia rzutowanie i skanowanie obrazu z przeciwnych stron. Superortikon (ortikon obrazowy) wykorzystuje półprzezroczystą fotokatodę, co umożliwia dodatkowe wzmocnienie strumienia elektronów i powoduje jego bardzo dużą czułość. Widikon charakteryzuje się użyciem fotoprzewodzącej płytki analizującej. Widikony są proste w konstrukcji, początkowo stosowano je w głównie telewizji użytkowej.
Lampy Mikrofalowe
Lampy mikrofalowe przewidziane są do pracy przy bardzo wysokich częstotliwościach, w zakresie mikrofal. Klistrony, w których strumień elektronów jest modulowany w jednym układzie rezonansowym, a jego energia wydziela się w drugim. Magnetrony to diody, w których odpowiednia konfiguracja pola magnetycznego i elektrycznego umożliwia samowzbudne powstanie drgań. Lampy o fali bieżącej - opierają się na oddziaływaniu biegnących równolegle ogniskowanego strumienia elektronów i fali elektromagnetycznej.
Lampy Gazowane: Gazotrony i Tyratrony
Lampy gazowane zawierają celowo wprowadzone do bańki gazy, zwykle o ciśnieniu od kilkudziesięciu do 10-3 Tr. Gazotrony to dioda gazowana z żarzoną katodą. Tyratrony to gazowane triody lub tetrody, stosowane jako elektroniczne przełączniki. Włączanie następowało poprzez dodatni impuls na siatce, wyłączenie wymagało spadku prądu poniżej pewnej wartości.
Ignitrony to prostowniki rtęciowe z ciekłą katodą. Jarzeniówki stabilizacyjne to dwuelektrodowe lampy gazowane z zimną katodą. Podczas wyładowania jarzeniowego w stabilistorze napięcie między elektrodami jest prawie stałe w szerokim zakresie prądów, co umożliwia zastosowanie takiej lampy w układach stabilizatorów napięcia. Stabilistory wielosekcyjne umożliwiały stabilizację kilku napięć.
Zasada Działania Tyratronu
Tyratron to lampa gazowa bardzo podobna do triody, gdzie pomiędzy katodą i anodą umieszczono siatkę sterującą odpowiedzialną za osłabianie wpływu napięcia anodowego na katodę. Gdy bateria kondensatorów w PFN zostanie naładowana napięcie na nich wynosi 35 kV i takie samo znajduje się na anodzie tyratronu.
Włączona jest grzałka katody tyratronu - przy napięciu 6,2 V ciągnie ona 22A :) całkiem spora grzałeczka. Jednak pomiędzy elektrodami znajduje się siatka sterująca, którą możemy ujemnie spolaryzować napięciem 600V, jak podaje nota katalogowa. Dzięki temu nie dochodzi do emisji elektronów i lampa nie przewodzi.
Pierwszy stan lampy czyli wyłączenie przechodzi w stan drugi czyli komutację - gaz wewnątrz lampy, wodór, zaczyna się jonizować i przez lampę zaczyna płynąć coraz większy prąd. W tym momencie nawet zmiana stanu siatki sterującej nie jest w stanie wyłączyć lampy bo dodatnie jony ją oblepiają. Po stanie komutacji następuje stan przewodzenia - lampa jest wypełniona całkowicie zjonizowanym wodorem, gorącą plazmą.
Ma znikomą rezystancję dlatego kondensatory bardzo szybką są rozładowywane przez pierwotne uzwojenie transformatora. Gdy wartość napięcia na kondensatorach a tym samym na anodzie spadnie poniżej pewnego progu zdolnego podtrzymać jonizację dochodzi do wyłączenia tyratronu, jego cechą charakterystyczną jest to, że ultraszybko odzyskuje swe izolacyjne właściwości i bateria kondensatorów znów może się naładować przygotowując tym samym kolejny strzał.
Zastosowanie Tyratronów
Dzięki swoim właściwościom, tyratrony mogą służyć i przez długie lata służyły w roli impulsowych regulatorów - prostowników sterowanych.
Inne Rodzaje Lamp Gazowanych
Najprostsze lampy wskaźnikowe lampy neonowe (potocznie neonówki), jarzeniowe lampy wskaźnikowe - dwuelektrodowe lampy gazowane wypełnione neonem. Elektronowy wskaźnik strojenia (potocznie zwany magicznym okiem) to lampa złożone, w której jedna z elektrod jest ekranem luminescencyjnym. Wielkość powierzchni świecenia tego ekranu zależy od napięcia siatki.
Lampy Fotoelektronowe
To najprostsze lampy fotoelektronowe, posiadające światłoczułą katodę (fotokatodę). Prąd płynący przez fotokomórkę zależy od natężenia światła padającego na fotokatodę. W zależności od wypełnienia bańki fotokomórki dzielą się na próżniowe i gazowane. Fotokomórki gazowane są czulsze, ale też są wolniejsze i mają większe szumy.
W fotopowielaczu pomiędzy fotokatodą a anodą umieszczono pewną liczbę elektrod zwanych dynodami. Elektrony uderzając w kolejne dynody wybijają na (skutek zjawiska emisji wtórnej) dodatkowe elektrony, co powoduje wzmacnianie sygnału. Fotopowielacze są bardzo czułe i umożliwiają rejestrację światła o bardzo niewielkim natężeniu.
Przetworniki Obrazu i Dekatrony
Przetworniki obrazu służą do przetwarzania niewidocznych (z zakresu podczerwieni lub ultrafioletu) obrazów optycznych na obraz widzialny. Jest podstawowym elementem konstrukcyjnym noktowizora. Działanie opiera się na fotoemisji z półprzezroczystej fotokatody elektronów, które są następnie ogniskowane i na ekranie luminescencyjnym tworzą obraz widzialny.
Dekatrony to lampy gazowane zliczające impulsy w systemie dziesiętnym. Zawierają 20-40 katod umieszczonych na okręgu wokół anody. Dziesięć katod to katody główne (wskaźnikowe), rolą pozostałych jest przenoszenie wyładowania do następnej katody głównej w takt przychodzących impulsów.
Współczesność i Przyszłość Lamp Elektronowych
Obecnie w zdecydowanej większości zastosowań konstrukcje lampowe zostały zastąpione rozwiązaniami wykorzystującymi przyrządy półprzewodnikowe. Od końca lat 80 prowadzone są badania nad wykorzystaniem technik produkcji elementów półprzewodnikowych do wytwarzania mikrominiaturowych lamp elektronowych.
W technice mikrofalowej. Lampy stosuje się tam do wzmacniania bardzo słabych sygnałów na granicy szumu np. W niektórych urządzeniach elektroakustycznych. Wbrew obiegowej opinii popularnej w środowiskach audiofilskich, w zastosowaniach elektroakustycznych, w których elementy aktywne pracują w zakresie liniowym, poprawnie zaprojektowane urządzenia zarówno lampowe, jak i tranzystorowe łatwo osiągają poziom zakłóceń poniżej progu słyszalności i w rzetelnie przeprowadzanych testach nie są rozróżniane przez słuchaczy.
W zastosowaniach, w których dochodzi do przesterowania elementów aktywnych (na przykład celowo stosowany przester we wzmacniaczach gitarowych) charakterystyka zniekształceń wnoszonych przez tranzystory i lampy jest inna. Lampy mają też niską wrażliwość na impuls elektromagnetyczny, choć w praktyce reszta komponentów układu lampowego może być znacznie bardziej wrażliwa na impuls.
tags: #lampa #gazowana #podobna #do #tyratronu
