Как работают лампы в усилителях


Как работают ламповые усилители, или Особенности теплого звука / Stereo.ru

История

Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересуют лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.

Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год

Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.

В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.

Строение триода

С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.

Принцип работы

Все вышеупомянутые типы ламп в том или ином виде нашли применение в аудиотехнике. При этом пытливые умы аудиоинженеров постоянно искали пути наиболее эффективного их использования. Довольно быстро они пришли к выводу, что место включения экранирующей сетки пентода в схему усилителя — это инструмент, с помощью которого можно принципиально изменить режим его работы. При подключении сетки к катоду мы имеем классический пентодный режим, если же переключить сетку на анод — пентод начинает работать в режиме триода. Это позволяет объединить два типа усилителя в одном с возможностью смены режима с помощью простого переключателя.

Так работает тетрод

Но и этим дело не ограничилось. В 1951 году американские инженеры Дэвид Хафлер и Харберт Керос предложили подключать сетку пентода совершенно иным способом: к промежуточным отводам первичной обмотки выходного трансформатора. Такое подключение является чем-то средним между чистым триодным и чистым пентодным включением, давая возможность комбинировать свойства обоих режимов.

Таким образом, с режимами ламп произошла та же история, что и с классами усиления, когда вслед за «чистыми» классами А и В появился комбинированный класс АВ, сочетающий сильные стороны двух предыдущих.

Обозначение разных типов ламп по ГОСТу

В том, что касается сочетания режимов работы ламп и классов усиления, они могут комбинироваться произвольным образом, что приводит к изрядной путанице и даже жарким спорам в рядах неофитов. Не добавляет ясности и тот факт, что разработчики ламповых усилителей в большинстве случаев указывают не класс усилителя, а принцип схемотехники: однотактный — SE (Single Ended) или двухтактный — PP (Push-Pull). В итоге, пентоды и тетроды нередко ассоциируют исключительно с классом АВ и двухтактной схемой в целом, а триод, напротив, считают синонимом класса А и сугубо однотактного включения. На самом же деле, ни что не препятствует переключить усилитель, работающий в классе А, в пентодный или ультралинейный режим, а на паре триодов можно собрать двухтактный усилитель, работающий в классе В или АВ.

Предпосылкой к неверным ассоциациям является частота использования тех или иных режимов в различных классах усиления. Триоды чаще используют в однотактных схемах и классе А. В свою очередь, пентоды и тетроды лучше подходят для работы в двухтактных схемах, хотя переключение их в триодный режим — реальная опция, встречающаяся на усилителях, работающих в классе АВ, и не имеющая ровным счетом никакого отношения к классу А.

Плюсы

Традиционный триодный режим работы лампы имеет как минимум одно значимое преимущество: способность работать без обратной связи. Пентодный режим имеет свои плюсы: большую линейность работы и возможность достигать более высокой мощности. Ультралинейный режим дает возможность отказаться от общей обратной связи и при этом сохранить мощность, близкую к пентодному включению. При этом триод при прочих равных обходит оба варианта по уровню собственного шума лампы.

Минусы

Слабые места одних режимов ламп вполне закономерно можно обнаружить там, где проявляются сильные места других. Триодный режим имеет меньший КПД и меньшую линейность, хуже переносит динамические нагрузки. Пентодный и ультралинейный режимы проигрывают по уровню шумов, к тому же на практике оказываются более зависимы от качества выходных трансформаторов. Пентодный усилитель невозможен без общей обратной связи, и она может понадобиться в некоторых вариантах ультралинейного режима.

Особенности

С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.

Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.

Практика

Ламповая схемотехника — дело тонкое, поэтому большинство производителей упражняются в совершенствовании какого-то одного сочетания режима работы ламп и класса усиления. Стремление разработчиков получать идеальный (согласно их представлениям) звук и следующий за этим отказ от любых альтернативных способов включения ламп вполне понятны, но при поиске испытуемого наша задача состояла как раз в обратном: иметь возможность сравнить один и тот же набор ламп как минимум в двух вариантах включения.

Это существенно сократило выбор кандидатов, однако, подходящий вариант был найден. Им стал Cayin CS-100A — аппарат, буквально созданный для разного рода экспериментов. Его конструкция допускает использование выходных ламп двух типов: тетродов KT88 и пентодов EL34. При этом есть возможность выбора между триодным и ультралинейным режимом с выходной мощностью 50 или 80 Вт на канал, соответственно. При этом схемотехника усилителя в обоих случаях двухтактная, и работает он в классе АВ.

Кроме прочего, Cayin CS-100A является хорошим примером современной реализации традиционного лампового усилителя. Он имеет классическую компоновку со съемной решеткой закрывающей лампы, несет на борту выходные трансформаторы солидных размеров, обеспечивающие не только достаточную мощность, но и широкий диапазон воспроизводимых частот. Комплектующие соответствуют современным требованиям качества: в усилителе применяются угольные резисторы, аудиофильские конденсаторы, тороидальный трансформатор питания и проводка серебряным кабелем. Монтаж при этом реализован навесным способом — так же, как это делали более полувека назад. Это является не столько данью истории, сколько способом сокращения путей сигнала. В целом, Cayin CS-100A — это аппарат, в полной мере попадающий под определение лампового High End.

Звук

Когда речь идет о High End-компонентах, особенно ламповых, не всегда удается четко провести грань между «усилитель не справился» и «так и было задумано». В конце концов, аудиоинженер в мире High End — это тоже в некотором роде художник и он имеет право на свое собственное представление о том, как должна звучать система. Избежать такого рода недоразумений помогло использование в процессе тестирования двух пар акустических систем, обладающих принципиально разными характеристиками. Специфические признаки недостатка мощности и роста искажений можно было заметить на тяжелой нагрузке и на громкости выше средней, что в общем соответствует заявленным характеристикам. С крупными полочниками или напольниками средних размеров со столь же среднестатистическими параметрами мощности, импеданса и чувствительности Cayin CS-100A вполне справится.

В триодном режиме усилитель выдает красивое, тембрально насыщенное звучание с богатым верхним и средним басом. Лучше всего звучала спокойная медленная музыка, вокал, аудиофильский джаз, камерная классика малых составов. Вполне можно было получить удовольствие от ранних Beatles и Led Zeppelin. При этом попытки послушать современный рок и металл не увенчались успехом. Звучание гитар было очень густое, тягучее, округлое и не особенно агрессивное. Самый злющий металл подавался так, словно его записывали в начале семидесятых.

Переключение в ультралинейный режим производится одним нажатием кнопки и меняет картину полностью: рок, металл, танцевальная электроника сбрасывают налет винтажности и начинают звучать не менее энергично, чем на транзисторных усилителях, работающих в классе АВ. В характере остается некоторая теплота и приятная округлость басовых нот, но в весьма умеренных количествах. На медленной музыке и малых составах ультралинейный режим не столь красив и выразителен, как триодный, музыка подается более спокойно и ровно.

Выводы

Каждый режим работы лампы в усилителе имеет свои плюсы и минусы, которые дают хорошо различимые на слух отличия в звучании. Учитывая, что ламповая техника — это всегда техника с характером, выбор усилителя, работающего в том или ином режиме (или переключение режимов на самом усилителе), является инструментом пользователя, позволяющим подобрать усилитель согласно индивидуальным предпочтениям.

Другие материалы цикла:

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла

Как работает усилитель класса «АВ», или Практичность правит миром

Как работает усилитель класса «G» и «H», или На ступень выше

Как работает усилитель класса XD и XA, или Немного экзотики

Как работает усилитель класса D, или Не такой как все

Статья подготовлена при поддержке компании «Аудиомания», тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона.

Другие полезные материалы в разделе «Мир Hi-Fi» на сайте «Аудиомании» и Youtube-канале компании:

• Как IT-компания боролась за право продавать музыку

• Как выбрать наушники для домашней Hi-Fi-системы?

• Пластинка в подарок или бесплатная музыка для любителей колы и готовых завтраков

Как работают ламповые усилители | Верхний ламповый усилитель

Ламповые усилители, или, как их обычно называют, ламповые усилители - это крошечные электронные или электромагнитные компоненты, которые используются для повышения электрического тока в устройствах с целью улучшения их характеристик. Это то, что заставляет ваш слуховой аппарат улавливать звуки через микрофон, исходящие от вас. В результате вы получаете сигнал повышенной мощности, который усилитель передает вам в ухо.

В отличие от трансформаторов, они используются для низковольтных устройств.Так что, если вы меломан, который просто не может устоять перед игрой со своей электрогитарой или другими подобными устройствами, или вам просто нужно знать ответ на вопрос «Как работает ламповый усилитель», вам будет полезно понимать различные оттенки того, как работают такие усилители.

Фон

Чтобы понять, как работают ламповые усилители, вам сначала нужно понять, как работает электричество. Он содержит электроны, которые представляют собой отрицательно заряженные маленькие частицы, которые при определенных условиях могут летать в космосе, находясь в вакууме.Основным спусковым механизмом такой ситуации является встреча этой отрицательной энергии с любой формой положительной энергии, что, естественно, приводит к протеканию электрического тока, что иногда приводит к серьезным повреждениям.

К несчастью для вас, некоторое количество положительной энергии необходимо для работы цепи или сети; в противном случае все эти электрические устройства, без которых вы просто не можете жить, будут бесполезны. Вместе отрицательные и положительные частицы образуют катод, который обеспечивает работу усилителя.В случае ламповых усилителей катод заменяется триодом.

Основной принцип

Теперь перейдем к основному принципу работы лампового усилителя. Основным компонентом, обеспечивающим его эффективную работу, является трансформатор. Задача трансформатора - преобразовать входное напряжение переменного тока в пригодный для использования формат, чтобы замкнуть цепь и обеспечить подачу в нее электричества. Проще говоря, это означает, что ламповый усилитель, который на самом деле является своего рода электронным усилителем, использует вакуумные лампы для увеличения мощности (или амплитуды, как это технически известно) любого сигнала.

Зачем нужен ламповый усилитель

Очевидно, что ламповый усилитель - это то, что делает множество вещей - от гитар до спутниковых транспондеров, GPS, военных радаров, мощных радиоприемников, стереоусилителей - создает резонирующие звуки, которые не могут не оставить вас очарованными своей особой Звуковые эффекты. Без ламповых усилителей музыка не будет звучать так красиво, а военные радары и GPS никогда не будут работать так эффективно, как сейчас.

От усиления звука в слуховых аппаратах (в конце концов, для этого они используются) до усиления радиосигналов, идущих на расстоянии, практически нет звука (за исключением, возможно, естественных звуков природы), в которых нет необходимости. усиливаться для достижения наилучшего эффекта.Фактически, ламповые усилители предназначены не только для усиления эффекта музыки и громкоговорителей, но и необходимы в современном мире.

Превосходное изобретение

Тогда было бы неправильно сказать, что ламповый усилитель - это изобретение, которое изменило наш мир во многих маленьких и больших отношениях. Только представьте, что вы слушаете свою любимую песню на низком тоне с такой громкостью, с которой вы едва можете слышать. Магия песни немедленно исчезнет. Таким образом, ламповый усилитель помогает вам получать сигналы, которые многократно усилены, прежде чем они достигнут ваших ушей в виде выходного сигнала.Звуки становятся намного сильнее, что гарантирует получение отличных сигналов, которые сделают каждый опыт для ваших ушей незабываемым.

Измерение эффекта усиления

Квант увеличения интенсивности входного сигнала измеряется в терминах коэффициента усиления или коэффициента усиления усилителя - широко известного как `` усиление ''. Если усилитель удваивает исходный или размер входного сигнала, он имеет коэффициент усиления 2 и т. д. Поскольку усиление может относиться как к видео, так и к аудиосигналам, усиление в случае звука обычно описывается в децибелах.

Ямы

Хорошо, теперь мы все знаем, что такое превосходные ламповые усилители и как практически невозможно представить жизнь без них. Тем не менее, у усилителей есть определенные проблемы, о которых мы должны помнить и помнить, прежде чем переходить к любому устройству с усилителем.

Самое главное - убедиться, что качество входного сигнала не искажается в процессе усиления. Это может стать особенно сложным, если входной сигнал нестабилен и колеблется по частоте, а также по амплитуде / громкости.Таким образом, вы можете обнаружить, что конкретный усилитель эффективно работает на одних частотах, но не так хорошо для других. Этот диапазон частот, в котором усилитель работает хорошо, является его полосой пропускания, в которой он в идеале должен давать линейный или ровный отклик. Невыполнение этого требования приводит к возникновению частотной характеристики.

Точно так же громкость также может быть проблемой в некоторых случаях, поскольку увеличение входной громкости (амплитуды) не обязательно может совпадать с увеличением выходной громкости, что опять же приводит к искажению исходного сигнала.Вы также можете столкнуться с другой частой проблемой, известной как обратная связь. Это вызвано тем, что усилитель улавливает не только звук от требуемого источника, но и часть последующего звука, который затем также усиливается, что приводит к эффекту свиста.

Заключение

Следовательно, хотя без ламповых усилителей не обойтись, важно принимать во внимание различные факты, которые могут повлиять на их функциональное качество. В конце концов, вы используете этот маленький гаджет, чтобы улучшить свои впечатления, а не испортить его.Покупка качественных брендовых устройств обычно помогает избежать недобросовестной сделки. Но настоящее испытание, конечно же, наступает, когда вы действительно начинаете пользоваться устройством.

Хотите больше? Выезд:

Для получения дополнительной информации о внутренней работе электронных ламп и ламповых усилителей, вот некоторые ресурсы, которые, я надеюсь, вы найдете полезными:

.

Как работают ламповые усилители | Гитара Premier

Положите руку перед пустым электрическим сокет, и вы не получите шока - потому что электроны просто не летают космос, правда? Что ж ... они будут под правильные условия - как внутри вакуумной трубки.

Здесь мы собираемся взглянуть на внутреннюю работы стандартных схем усилителя - лампы, трансформаторы, резисторы и конденсаторы которые работают вместе, чтобы создать удивительные тона которые питали бесчисленные песни в прошлом 60+ лет.Хотя это может показаться сложным некоторые из вас, мужайтесь - этому веку технологии. Базовых понятий на самом деле нет слишком сложно понять.

Мы обсудим схемы усилителя, посмотрев на моем любимом маленьком усилителе 1960-х Vox AC4. Хотя он небольшой и простой, AC4 на самом деле не самый простой гитарный усилитель там. В отличие от самых ранних твидовых Champs от Fender, AC4 имеет регулятор тембра и тремоло, что дает нам немного больше поводов для разговора.

Но прежде чем мы начнем, давайте проясним что эта статья никоим образом не обнадеживает или оснащение вас, чтобы открыть заднюю часть вашего amp и начни ковыряться.Не ошибитесь: Цепи усилителя, даже когда они отключены от сети, содержат напряжения, которые могут вас убить. И если ты техник усилителя, извините за упрощение в обсуждении - это учебник для общих потребление, а не перечень возможных исключения и аномальные явления.

Вакуумная трубка

Катод в сравнении с фиксированным смещением
Vox AC4, как и многие усилители, спроектирован таким образом, чтобы катод силовой лампы слегка уменьшался. положительный - состояние, которое обычно называют в гитарной вселенной катодом предвзято.Вместо этого другие усилители создают отрицательный заряд в электросети ламповой лампы. Это называется фиксированным смещением, и имеет аналогичный эффект. Любой метод заставляет электроны оставаться ставить катод, пока не понадобится.

Сначала давайте поговорим о некоторых основных принципах электричества. Электрон - сердцебиение электрической энергии - это отрицательно заряженный субатомная частица. В вакууме (т.е. отсутствие воздуха и вещества), электрон на самом деле будет летать в космосе, если его привлечет достаточным положительным зарядом - потому что противоположности притягиваются.Проведенные эксперименты более века назад продемонстрировал, что электроны будут не только летать в космосе, но ими также можно управлять. Ученые показал, что в вакууме электроны текут от нагретого металлического элемента - катод - и тянется к положительно заряженный элемент - анод - может быть отклоняется магнитным полем.

Узнайте, как управлять этим магнитным полем точно и, как это сделал RCA, вы можете отображать изображение кота Феликса на фосфоресцирующем поверхность на дальнем конце трубки.В трубка, использованная в этом случае, была электронно-лучевой трубка (также известная как ЭЛТ), более известная сегодня как старый, pre-LCD / LED / плазменный телевизор.

Гитарные усилители нас не особо интересуют в отображении изображений с помощью наших трубок, но мы по-прежнему очень заинтересованы в контроле над этими электроны - и для этого мы можем использовать гитару. Представьте себе это: в центре стакана трубки конверт - катод. Он несет лишь небольшой положительный заряд, и он готов выпустить газиллион электронов. Он особенно готов, если он был нагрет.Катод окружает анод - хотя в гитарной вселенной мы обычно называют это тарелкой. Табличка несет высокий положительный заряд, готовый потянуть те отрицательные электроны к нему. К высоко положительная пластина, слабая катодная положительный заряд по-прежнему заставляет катод казаться отрицательный (мы поговорим об этом положительный заряд позже). Если вы разместите эти два элемента в вакууме и питают их вверх, электроны будут неустанно лететь к тарелка. Когда вы добавляете третий элемент - сетка - между ними вы можете управлять поток электронов.И когда вы занимаетесь сетку близко к катоду и подключить сетка к относительно крошечным напряжениям от ваших гитарных звукоснимателей, что-то происходит интересное: крошечный сигнал высвобождает поток электронов, позволяющий им летать свободно к пластине. Этот прилив электронов от катода к пластине отражает сигнал от гитары, усиливая его сигнал много раз.

Хорошо, давайте вернемся к этому раньше упоминание о небольшом положительном заряде. В причина, по которой мы хотим, чтобы катод нес небольшой положительный заряд в том, что он делает сетку, без заряда, кажется отрицательным.Напряжения относительны. И пока противоположности притягивать, как заряды отталкивать. Очевидно отрицательная сетка рядом с катодом сохранит эти отрицательно заряженные электроны на месте пока гитарный сигнал не будет готов качнуть сетка положительная, чтобы освободить их.

Еще один полезный факт, связанный с электронами. знать разницу между напряжением и текущий. Думайте о токе как о количестве вода, протекающая по трубе. Более актуальный означает подачу большего количества воды. Напряжение, с другой стороны, это как давление воды - это сила, стоящая за этой водой.Увеличить напряжение (давление), и вы увеличите ток (величина потока). Резистор действует как сужение в трубе, с большим количеством сопротивление аналогично более плотному сжатию. Отсюда следует, что размещение другого резистор в цепи повлияет как на напряжение и ток.

Что на самом деле происходит внутри гитары усилитель явно немного сложнее чем просто поток электронов в трубках. Далее мы сделаем краткий обзор задействованных дополнительных частей, а затем более подробные описания по частям.

.

Как работают усилители | HowStuffWorks

В основе большинства усилителей лежит транзистор . Основными элементами транзистора являются полупроводники, материалы с различной способностью проводить электрический ток. Обычно полупроводник состоит из плохого проводника, такого как кремний , к которому добавлено примесей (атомов другого материала). Процесс добавления примесей называется легирование .

В чистом кремнии все атомы кремния идеально связаны со своими соседями, не оставляя свободных электронов для проведения электрического тока. В легированном кремнии дополнительные атомы изменяют баланс, либо добавляя свободные электроны, либо создавая дырок , куда могут уходить электроны. Электрический заряд перемещается, когда электроны перемещаются от отверстия к отверстию, поэтому любое из этих добавлений сделает материал более проводящим. (Полное объяснение см. В разделе «Как работают полупроводники».)

Объявление

Полупроводники N-типа характеризуются дополнительными электронами (которые имеют отрицательный заряд). Полупроводники типа P имеют множество дополнительных дырок (которые имеют положительный заряд).

Давайте посмотрим на усилитель, построенный на базовом биполярном транзисторе . Этот вид транзистора состоит из трех полупроводниковых слоев - в данном случае полупроводник p-типа p, зажатый между двумя полупроводниками n-типа . Эту структуру лучше всего представить в виде полосы, как показано на схеме ниже (реальная конструкция современных транзисторов немного отличается).

Первый слой n-типа называется эмиттером , слой p-типа называется базой , а второй слой n-типа называется коллектором . Выходная цепь (схема, которая управляет динамиком) подключена к электродам на эмиттере и коллекторе транзистора. Входная цепь подключается к эмиттеру и базе.

Свободные электроны в слоях n-типа естественно хотят заполнить дыры в слое p-типа.Свободных электронов намного больше, чем дырок, поэтому дырки заполняются очень быстро. Это создает зон истощения на границах между материалом n-типа и материалом p-типа. В зоне истощения полупроводниковый материал возвращается в свое исходное изолирующее состояние - все дырки заполнены, поэтому нет свободных электронов или пустых пространств для электронов, и заряд не может течь. Когда зоны обеднения толстые, очень небольшой заряд может перемещаться от эмиттера к коллектору, даже если между двумя электродами существует сильная разница в напряжении.

В следующем разделе мы увидим, что можно сделать, чтобы изменить эту ситуацию.

.

Теория клапана »Электроника

Две ключевые концепции для понимания того, как работает электронная лампа, - это термоэлектронная эмиссия и притяжение и отталкивание заряда.


Вакуумные трубки / термоэлектронные клапаны Включает:
Основы Как работает трубка Электроды для вакуумных трубок Диодный клапан / трубка Триод Тетроде Луч Тетрод Пентод Эквиваленты Контактные соединения Системы нумерации Патрубки / основания клапана


Теория работы вакуумной лампы основана на концепции, известной как термоэлектронная эмиссия.

В дополнение к этой концепции, включая притяжение и отталкивание противоположных и подобных зарядов, большую роль в работе вакуумных трубок / термоэмиссионных клапанов.

Понимание этих концепций обеспечивает основу для понимания того, как работает электронная лампа.

Современный ламповый усилитель

Термоэлектронная эмиссия

Первая концепция, необходимая для понимания того, как работает вакуумная лампа, - это термоэлектронная эмиссия.

Электропроводность металлов возникает из-за того, что вокруг материала движутся свободные электроны, не прикрепленные к какой-либо определенной молекуле.Хотя существует эквивалентное количество дырок, так что общий заряд остается сбалансированным, эти электроны свободно перемещаются по материалу.

Термоэлектронная эмиссия

Если эти электроны должны покинуть поверхность материала, необходимо выполнить работу, чтобы преодолеть притяжение внутри материала.

Энергия, необходимая для преодоления сил, удерживающих электроны внутри материала, может подаваться несколькими способами. Одним из них является нагрев материала, и таким образом электроны получают дополнительную кинетическую энергию.При достаточно высокой температуре некоторые электроны будут обладать достаточной кинетической энергией, чтобы покинуть поверхность материала. Это термоэлектронная эмиссия электронов, и это явление лежит в основе того, как работает электронная лампа.

Процесс термоэлектронной эмиссии из материала имеет много общего с процессом испарения с поверхности жидкости. В случае молекул в жидкости, те, которые ускользают и испаряются, обладают достаточной энергией, чтобы избежать переобучающих сил жидкости, и их количество увеличивается с увеличением температуры.Его можно рассматривать как практически тот же процесс, в котором энергия, которую должен отдать электрон, соответствует скрытой теплоте испарения в жидкости.

Выбор вакуумных ламп / клапанов старых и новых

Электронная эмиссия

При рассмотрении того, как работает электронная лампа, также необходимо учитывать эффективность того, как электроны уходят с поверхности.

Число электронов, испускаемых нагретым материалом на единицу площади, связано с абсолютной температурой, а также с константой «b», которая является константой, указывающей на работу, которую электрон должен совершить, чтобы покинуть поверхность.

В результате можно вывести уравнение для тока, покидающего поверхность:

Где:
I = ток, измеренный в амперах
A = константа для типа излучающего материала
T = температура в градусах Абсолютная
b = работа, необходимая для того, чтобы электрон покинул поверхность

Эмиттеры электронов - катодные материалы

Необходимо достичь температуры выше 500 ° C, в зависимости от материала, чтобы количество электронов, покидающих поверхность материала, стало заметным.При работе с температурами этого порядка он ограничивает материалы, которые могут использоваться на катодах электронных ламп.

Есть несколько излюбленных эмиттеров, которые используются в электронных лампах:

  • Вольфрам: Вольфрам является одной из самых прочных форм нити накала для вакуумной лампы, особенно когда используются очень высокие анодные напряжения. Однако его недостатком является то, что его эффективность излучения, выраженная в количестве ампер на ватт нагрева, не так высока, как у других эмиттеров, таких как торированный вольфрам и эмиттеры с оксидным покрытием.
  • Торированный вольфрам: Торированный вольфрам широко используется в электронных лампах и состоит из вольфрама, содержащего от 1 до 2% оксида тория. Вакуумные трубки / термоэмиссионные клапаны, использующие катоды с этим покрытием, дают электронную эмиссию при температурах от 1500 ° до 1600 ° K. Вакуумные лампы, в которых используется торированный вольфрам, должны иметь очень высокую степень вакуума, в противном случае положительные ионы, образующиеся при ионизации газов в оболочке, будут серьезно влиять на излучение.
  • Эмиттеры с оксидным покрытием: Вакуумные лампы, использующие эту форму катодного покрытия, имеют слой смеси оксидов бария и стронция, покрывающий поверхность катода. При правильной активации они обильно испускают электроны при температуре от 1100 ° до 1200 ° К. Эмиттеры с оксидным покрытием широко используются, потому что они дают больше излучения на ватт тепла, чем любой другой тип. Одним из недостатков является то, что излучающая поверхность легко отравляется примесями. Вакуумные лампы с оксидным покрытием используются для большинства небольших вакуумных ламп / термоэмиссионных клапанов, работающих под напряжением до нескольких тысяч вольт.

Хотя в наши дни вакуумные лампы обычно нагреваются косвенно, этот вид нагрева менее эффективен, чем вариант прямого нагрева. В результате в некоторых специальных трубках или клапанах, в которых используются вольфрамовые или торированные вольфрамовые нити, иногда используются методы прямого нагрева.

Изменение эмиссии электронов в зависимости от температуры для разных эмиттеров

Объемный заряд

Одним из важных аспектов теории электронных ламп является пространственный заряд.

Электроны, протекающие между катодом и анодом, образуют облако электронов, известное как «пространственный заряд».Объемный заряд имеет тенденцию отталкивать электроны, покидающие катод, заставляя их возвращаться. Однако, если потенциал, приложенный к аноду, достаточно высок, то эффект пространственного заряда будет преодолен, так что электроны будут течь к аноду. Таким образом, электроны могут перемещаться в вакууме внутри стеклянной оболочки вакуумной трубки / клапана, цепь замыкается и течет ток.

По мере увеличения потенциала на аноде увеличивается и ток. В конце концов достигается точка, в которой изменение пространства полностью нейтрализуется и достигается максимальное излучение с катода.Единственный способ увеличить эмиссию электронов с катода - это повысить температуру катода. Это увеличивает энергию электронов и, как следствие, позволяет электронам покидать катод.

Хотя все области вакуумной лампы имеют объемный заряд, он особенно важен в катодной области, поскольку определяет элементы, включая максимальное излучение.

По мере того, как в вакуумированную оболочку добавляются другие электроды, концепция пространственного заряда может применяться ко всей рабочей зоне.

Концепция пространственного заряда играет решающую роль в определении протекания тока в любом термоэлектронном устройстве.

Закон о детях

Закон Чайлда, часто также называемый законом Чайлда-Ленгмюра, был впервые предложен в 1911 году и формирует ключевые элементы в теории термоэмиссионного клапана или вакуумной трубки и принципах работы вакуумной трубки.

Закон Чайлда гласит, что ток, ограниченный пространственным зарядом в плоскопараллельном вакуумном диоде, изменяется прямо пропорционально мощности трех половин анодного напряжения и обратно пропорционально квадрату расстояния d, разделяющего катод и анод.

Где:
J = плотность тока в амперах на квадратный метр,
Ia = анодный ток,
S = площадь поверхности анода в квадратных метрах

Чайлд вывел это уравнение применительно к теории электронных ламп в 1911 году для атомарных ионов. У них гораздо меньшее отношение заряда к массе. Ирвинг Ленгмюр расширил основной закон, когда опубликовал приложение к электронным токам в 1913 году. Это распространило его на случай цилиндрических катодов и анодов.По этой причине этот закон иногда называют законом Чайлда-Ленгмюра.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор FET Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

.

Смотрите также