Vakuuminiai elektronikos prietaisai – elektronikos prietaisai, kuriuose elektronai juda vakuume.

Elektronas – (iš graikiško ἤλεκτρον – gintaras) stabili neigiamo krūvio elementarioji dalelė, sudaranti elektroninį atomo branduolio apvalkalą. Laisvų elektronų judėjimas sąlygoja elektros srovę laidininkuose ir vakuume.

Termoelektroninė emisija (Ričardso efektas, Edisono efektas) – elektronų išlaisvinimo iš kaitinamo metalo ar kitos medžiagos efektas.

Elektrono prigimtį atskleidė eksperimentai su Krukso (William Crookes, 1832-1919) vamzdžiu – vakuuminiu prietaisu, skirtu tyrinėti elektros krūvius žemo slėgio sąlygomis. 1883 m. Edisonas eksperimentuodamas su elektros lempa į vakuumuotą lempos kolbą įstatė metalinę plokštelę su laidininku išvestu į išorę ir pastebėjo, kad vakuume teka srovė ir tik nuo plokštelės į įkaitintą lempos siūlą ir tik kai siūlas įkaitintas.

Vakuuminį elektronikos prietaisą sudaro (1 pav.):

  • Hermetiškas stiklinis, metalinis ar keraminis (nuvistorius) vakuuminis (10-4 Pa iki 1 kV ir 10-7 Pa 25 kV) indas.
  • Į vairūs elektrodai sujungti išvadais su išoriniais kontaktais.
  • Heteris – žiedo ar disko formos indas su medžiaga, sugeriančia oro likučius.
  • Katodas – tiesioginio ar netiesioginio kaitinimo, rečiau „šaltas“ elektrodas, emituojantis elektronus neigiamas elektrodas. Aktyvuojamas toriu, bariu ar jų junginiais.
  • Anodas – paskutinis darbinis elektrodas, surenkantis „atidirbusius“ elektronus teigiamas elektrodas, gaminamas iš nikelio ar molibdeno, kartais iš tantalo ir grafito.
  • Tinkleliai – plieninės vielos grotelės ar spiralė tvirtinama ant traversų, fokusuojantys elektrodai, SAD rezonatoriai, liuminescenciniai ekranai ir pan.

1 pav. Vakuuminio triodo sandara

Pagal paskirtį lempos tinkleliai skirstomi:

  • Valdantis tinklelis – keičiant įtampą valdoma anodo srovė;
  • Ekraninis tinklelis – pašalina parazitinį ryšį tarp valdančio tinklelio ir anodo. Jungiamas per kelių kΩ varžą prie anodo įtampos šaltinio.
  • Antidinatroninis tinklelis – pašalina dinatroninį efektą, sukeliamą ekraninio tinklelio įgreitintų elektronų. Sujungiamas su lempos katodu.

Priklausomai nuo paskirties lempa gali turėti iki septynių tinklelių. Elektroninės lempos priklausomai nuo sumontuotų elektrodų skaičiaus skirstomos į:

  • diodus;
  • triodus;
  • tetrodus;
  • pentodus;
  • heksodus;
  • heptodus;
  • oktodus.

Vienoje kolboje dali būti sumontuotos dvi vienodos lempos (diodai arba triodai) – dvigubos lempos. Kai vienoje kolboje sumontuotos dvi skirtingos lempos: diodas ir pentodas, triodas ir pentodas, triodas ir heptodas lempos vadinamos kombinuotomis lempomis.

2 pav. Sudėtinės vakuuminio pentodo dalys

Vakuuminiai elektroniniai prietaisai skirstomi į:

  • Elektronines lempas;
  • Vakuuminius SAD prietaisus (magnetronai, klistronai);
  • Elektroninius vamzdžius;
  • Elektringųjų dalelių greitintuvus;
  • Fotoelektroninius prietaisus;
  • Vakuuminius indikatorius.

Elektroninė lempa, radijo lempa – vakuuminis elektroninis prietaisas, veikiantis elektronų srauto vakuume ar išretintose dujose intensyvumo keitimo principu. Vakuuminės elektroninės lempos išradimą sąlygojo 1905 m. atrastas „Edisono efektas“, kuris tampa Flemingo patento „prietaisas nuolatinės srovės gavimui iš kintamosios srovės“ pagrindu ir 1921 m. Černyšovo pasiūlyta cilindrinio pakaitinamo katodo konstrukcija (netiesioginio kaitinimo katodas).

Katodą įkaitinus iki 800 °C prasideda elektronų emisija – katodas pradeda spinduliuoti elektronus. Prie anodo prijungus pakankamai aukštos (apie 200 V) anodinės įtampos teigiamą šaltinio polių, o prie katodo neigiamą polių susidarys elektrinis laukas. Elektrinis laukas trauks neigiamus elektronus prie teigiamai įkrauto katodo. Grandinėje anodinės įtampos šaltinis – anodas – katodas pradės tekėti elektros srovė. Srovės stipris priklausys nuo katodo spinduliavimo intensyvumo, anodo įtampos, atstumo tarp anodo ir katodo, t. y. nuo lempos konstrukcijos. Tokia lempa vadinama diodu. Srovė joje teka tik į vieną pusę, todėl prie anodo prijungus kintamosios įtampos šaltinį, katodu tekės tik teigiami kintamosios įtampos pusperiodžiai. Šis reiškinys vadinamas išlyginimo efektu.

3 pav. Išlyginimo efektas

Tarp lempos katodo ir anodo įtaisius tinklelį, gaunama lempa, vadinama triodu. Valdantysis tinklelis montuojamas arčiau katodo, todėl jo sukuriamas elektrinis laukas turi didesnę įtaką nei anodo sukuriamas laukas. Valdančiajam tinkleliui suteikiamas pradinis nedidelis neigiamas potencialas. Neigiamai įkrautas tinklelis stabdo neigiamus elektronus – srovė tarp katodo ir anodo silpnėja ir esant pakankamai neigiamam potencialui visai nustoja tekėti. Anodo grandinėje įjungę varžą gausime didelius įtampos pokyčius proporcingus mažiems tinklelio įtampos pokyčiams. Šis efektas vadinamas signalų stiprinimu.

4 pav. Stiprinimo efektas

Elektroninės lempa tetrodas – lempa turinti valdantįjį ir ekraninį (skirta nepageidaujamai lempos talpai tarp anodo ir valdančiojo tinklelio mažinimui) tinklelius. Didžiausias tetrodo trūkumas, kad ekraninio tinklelio tinklelio įgreitinti elektronai juda link jo, pralekia pro retą tinklelį ir pasiekia anodą. Esant tam tikrai anodinei įtampai, anodą pasiekiantys elektronai turi tokią kinetinę energiją, kad atsitrenkę į anodą išmuša iš jo elektronus, kurie, esant ekraninio tinklelio įtampai aukštesnei už anodo įtampą juda link ekraninio tinklelio, silpnindami iki šio efekto atsiradimo stiprėjusią anodo srovę. Šis efektas, vadinamas dinatroniniu išnyksta, kai anodo įtampa tampa aukštesne už ekraninio tinklelio. Dinatroninis efektas tetrode yra žalingas reiškinys kuris kartais naudojamas virpesių generacijai.

Elektroninės lempa pentodas – lempa turinti valdantįjį ir ekraninį (skirta nepageidaujamai lempos talpai tarp anodo ir valdančiojo tinklelio mažinimui) tinklelius, bei tinklelį, skirtą mažinti tetrode susidarančiam dinatroniniam efektui. Antidinatrononis tinklelis lempos viduje arba išorėje jungiamas su katodu, todėl įgauna neigiamą potencialą anodo atžvilgiu. Iš anodo išmuštus elektronus antidinatroninis tinklelis nustumia atgal į anodą ir dinatroninis efektas nesusidaro.

Mažinant elektroninės aparatūros masę ir matmenis, reikėjo mažinti pačias lempas. Sukurti superminiatiūriniai metalo keraminiai triodai ir tetrodai, gavę nuvistorių pavadinimą. Jie labai atsparūs mechaniniams smūgiams ir vibracijoms, gali dirbti nuo -60 °C iki 250 °C temperatūroje ir iki 2 GHz dažnio, nebijo radioaktyvaus spinduliavimo, dirba, kai nedidelės maitinimo įtampos.

5 pav. Nuvistorius

Šiuo metu elektroniniai vakuuminiai prietaisai naudojami:

  • Garso stiprinimui;
  • Karinėje pramonėje;
  • Kosminėje pramonėje;
  • Matavimo technikoje.

Elektroninių lempų trūkumai:

  • Dideli matmenys ir masė;
  • Nepatvarios mechaniškai;
  • Trumpas veikimo laikas.

Elektroninių lempų privalumai:

  • Gali dirbti aukštos temperatūros ir radiacijos sąlygomis;
  • Atsparios elektromagnetiniams impulsams.
  • Minimalūs netiesiniai iškraipymai.


Last modified: Wednesday, 30 September 2020, 2:32 PM