|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Lampa elektryczna. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Lampa elektronowa lub lampa radiowa to elektryczne urządzenie próżniowe (dokładniej próżniowe urządzenie elektroniczne), które działa poprzez kontrolowanie intensywności przepływu elektronów poruszających się w próżni lub rozrzedzonym gazie pomiędzy elektrodami. Lampy radiowe były szeroko stosowane w XX wieku jako aktywne elementy sprzętu elektronicznego (wzmacniacze, generatory, detektory, przełączniki itp.). Obecnie są one niemal całkowicie zastępowane przez urządzenia półprzewodnikowe. Czasami stosuje się je również w potężnych nadajnikach wysokiej częstotliwości i sprzęcie audio.
Wynalezienie lampy elektronowej jest bezpośrednio związane z rozwojem technologii oświetleniowej. Na początku lat 80. XIX wieku słynny amerykański wynalazca Edison ulepszał lampę żarową. Jedną z jego wad było stopniowe zmniejszanie się strumienia świetlnego spowodowane matowieniem żarówki z powodu pojawienia się ciemnej plamy na wewnętrznej stronie szkła. Badając przyczyny tego efektu w 1883 r. Edison zauważył, że często na matowionym szkle cylindra w płaszczyźnie pętli nici znajdował się jasny, prawie nieprzyciemniony pasek, a ten pasek zawsze okazywał się znajdować z boku lampy gdzie znajdowało się dodatnie wejście obwodu żarnika. Wyglądało to tak, jakby część włókna węglowego sąsiadująca z wejściem ujemnym emitowała z siebie najmniejsze cząsteczki materiału. Przelatując obok dodatniej strony żarnika, zakryły wszędzie wnętrze szklanego pojemnika, z wyjątkiem tej linii na powierzchni szkła, która niejako była zasłonięta przez dodatnią stronę żarnika. Obraz tego zjawiska stał się bardziej oczywisty, gdy Edison włożył małą metalową płytkę do szklanego pojemnika, umieszczając ją między wlotami filamentu. Łącząc tę płytkę przez galwanometr z dodatnią elektrodą nici, można było obserwować prąd elektryczny płynący przez przestrzeń wewnątrz balonu.
Edison zasugerował, że przepływ cząstek węgla emitowanych przez ujemną stronę żarnika stanowi część ścieżki pomiędzy żarnikiem a płytą, którą wprowadził przewodzącą, i stwierdził, że przepływ ten jest proporcjonalny do stopnia rozżarzania żarnika lub, w innymi słowy, moc świetlna samej lampy. To w rzeczywistości kończy badanie Edisona. Amerykański wynalazca nie mógł sobie wówczas wyobrazić, jak wielkim odkryciem naukowym był na skraju. Minęło prawie 20 lat, zanim obserwowane przez Edisona zjawisko otrzymało właściwe i wyczerpujące wyjaśnienie. Okazało się, że gdy żarnik lampy umieszczony w próżni jest mocno nagrzany, zaczyna emitować elektrony do otaczającej przestrzeni. Proces ten nazywa się emisją termionową i może być uważany za parowanie elektronów z materiału żarnika. Pomysł na możliwość praktycznego wykorzystania „efektu Edisona” po raz pierwszy wpadł na pomysł angielskiego naukowca Fleminga, który w 1904 roku stworzył oparty na tej zasadzie detektor, zwany „tubą dwuelektrodową” lub „diodą Fleminga”. Lampa Fleminga była zwykłą szklaną butelką wypełnioną rozrzedzonym gazem. W balonie umieszczono włókno wraz z otaczającym go metalowym cylindrem. Ogrzana elektroda lampy w sposób ciągły emitowała elektrony, które tworzyły wokół niej „chmurę elektronową”. Im wyższa temperatura elektrody, tym wyższa gęstość chmury elektronowej. Kiedy elektrody lampy zostały podłączone do źródła prądu, powstało między nimi pole elektryczne. Jeśli biegun dodatni źródła był podłączony do zimnej elektrody (anody), a biegun ujemny do nagrzanej (katody), to pod działaniem pola elektrycznego elektrony częściowo opuściły chmurę elektronów i rzuciły się na zimno elektroda. W ten sposób powstał prąd elektryczny między katodą a anodą. Gdy źródło jest włączone w przeciwnym kierunku, ujemnie naładowana anoda odpycha elektrony od siebie, a dodatnio naładowana katoda przyciąga je. W tym przypadku nie było prądu elektrycznego. Oznacza to, że dioda Fleminga miała wyraźną jednostronną przewodność.
Będąc w obwodzie odbiorczym, lampa zachowywała się jak prostownik, przepuszczając prąd w jednym kierunku i nie przepuszczając go w przeciwnym, a zatem mogła służyć jako falowód – detektor. Aby nieznacznie zwiększyć czułość lampy zastosowano odpowiednio dobrany potencjał dodatni. W zasadzie obwód odbiorczy z lampą Fleminga prawie nie różnił się od innych obwodów radiowych tamtych czasów. Był gorszy pod względem czułości od schematu z detektorem typu magnetycznego, ale miał nieporównywalnie większą niezawodność. Kolejnym wybitnym osiągnięciem w dziedzinie ulepszania i technicznego zastosowania lampy próżniowej było wynalezienie w 1907 roku przez amerykańskiego inżyniera De Foresta lampy zawierającej dodatkową trzecią elektrodę. Ta trzecia elektroda została nazwana przez wynalazcę "siatką", a sama lampa - "audina", ale w praktyce przypisano jej inną nazwę - "trioda". Trzecia elektroda, jak widać z jej nazwy, nie była ciągła i mogła przepuszczać elektrony lecące z katody do anody. Gdy między siatką a katodą zostało włączone źródło napięcia, pomiędzy tymi elektrodami powstało pole elektryczne, które silnie wpłynęło na liczbę elektronów docierających do anody, czyli siłę prądu płynącego przez lampę (natężenie prąd anodowy). Wraz ze spadkiem napięcia przyłożonego do sieci siła prądu anodowego malała, ze wzrostem wzrastała. Jeśli do siatki przyłożono napięcie ujemne, prąd anodowy całkowicie się zatrzymał - lampa okazała się „zablokowana”. Niezwykłą właściwością triody było to, że prąd sterujący mógł być wielokrotnie mniejszy niż główny - nieznaczne zmiany napięcia między siatką a katodą powodowały dość znaczne zmiany prądu anodowego. Ta ostatnia okoliczność umożliwiła wykorzystanie lampy do wzmacniania małych napięć przemiennych i otworzyła niezwykle szerokie możliwości jej praktycznego zastosowania. Pojawienie się lampy z trzema elektrodami doprowadziło do szybkiej ewolucji obwodów odbiorczych, ponieważ stało się możliwe wzmocnienie odbieranego sygnału dziesiątki i setki razy. Czułość odbiorników wzrosła wielokrotnie. Jeden z wczesnych lampowych układów odbiorczych został zaproponowany już w 1907 roku przez tego samego De Foresta.
Pętla LC jest tutaj podłączona między anteną a ziemią, na której zaciskach występuje napięcie przemienne o wysokiej częstotliwości, powstające pod wpływem energii odbieranej z anteny. Napięcie to było przyłożone do siatki lampy i kontrolowało fluktuacje prądu anodowego. W ten sposób uzyskano wzmocnione oscylacje odbieranego sygnału w obwodzie anodowym, który mógł wprawić w ruch membranę telefonu wchodzącego w ten sam obwód. Pierwsza trzyelektrodowa lampa Audin firmy De Forest miała wiele wad. Umiejscowienie w nim elektrod było takie, że większość przepływu elektronów padała nie na anodę, ale na szklany pojemnik. Efekt kontrolny sieci okazał się niewystarczający. Lampa była słabo opróżniona i zawierała znaczną liczbę cząsteczek gazu. Zjonizowali i nieustannie bombardowali włókno, wywierając na niego niszczycielski wpływ. W 1910 roku niemiecki inżynier Lieben stworzył ulepszoną triodową lampę próżniową, w której siatka została wykonana w postaci perforowanej blachy aluminiowej i umieszczona pośrodku cylindra, dzieląc go na dwie części. Na dole lampy znajdował się żarnik, u góry anoda. Taki układ siatki umożliwił wzmocnienie jej działania kontrolnego, ponieważ przepływał przez nią cały przepływ elektronów. Anoda w tej lampie miała postać gałązki lub spirali z drutu aluminiowego, a katodą było włókno platynowe. Lieben zwrócił szczególną uwagę na zwiększenie właściwości emisyjnych lampy. W tym celu najpierw zaproponowano powlekanie włókna cienką warstwą tlenku wapnia lub baru. Ponadto do balonu wprowadzono pary rtęci, co spowodowało dodatkową jonizację i tym samym zwiększyło prąd katodowy.
Tak więc lampa próżniowa najpierw została użyta jako detektor, a następnie jako wzmacniacz. Jednak wiodącą pozycję w inżynierii radiowej zdobył dopiero po odkryciu możliwości wykorzystania go do generowania nietłumionych oscylacji elektrycznych. Pierwszy generator lampowy został stworzony w 1913 roku przez wybitnego niemieckiego inżyniera radia Meissnera. W oparciu o triodę Lieben zbudował też pierwszy na świecie nadajnik radiotelefoniczny, aw czerwcu 1913 nawiązał łączność radiotelefoniczną między Nauen a Berlinem na odległość 36 km.
Generator lampowy zawierał obwód oscylacyjny składający się z cewki indukcyjnej L i kondensatora C. Jeśli taki kondensator zostanie naładowany, w obwodzie powstają tłumione oscylacje. Aby zapobiec wygaśnięciu oscylacji, konieczne jest kompensowanie strat energii w każdym okresie. Dlatego energia ze stałego źródła napięcia musi okresowo wchodzić do obwodu. W tym celu w obwód elektryczny obwodu oscylacyjnego włączono triodę lampową, dzięki czemu oscylacje z obwodu były podawane na jego siatkę. Obwód anodowy lampy zawierał cewkę Lc, sprzężoną indukcyjnie z cewką L obwodu oscylacyjnego. W chwili włączenia obwodu prąd z akumulatora, stopniowo zwiększający się, przepływa przez triodę i cewkę Lc. W tym przypadku, zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej, w cewce L będzie prąd elektryczny, który ładuje kondensator C. Napięcie z płytek kondensatora, jak widać na schemacie, jest dostarczane do katody i siatka. Po włączeniu dodatnio naładowana płytka kondensatora jest połączona z siatką, to znaczy ładuje ją dodatnio, co przyczynia się do wzrostu prądu przepływającego przez cewkę Lc. Będzie to trwało do momentu, gdy prąd anodowy osiągnie maksimum (przecież prąd w lampie jest określony przez liczbę elektronów wyparowanych z katody, a ich liczba nie może być nieograniczona - wzrastając do pewnego maksimum, prąd ten nie wzrasta już z wzrost napięcia siatki). Kiedy tak się stanie, przez cewkę Lc popłynie stały prąd. Ponieważ sprzężenie indukcyjne występuje tylko przy prądzie przemiennym, w cewce L nie będzie prądu. W rezultacie kondensator zacznie się rozładowywać. Dodatni ładunek siatki zmniejszy się zatem, a to natychmiast wpłynie na wielkość prądu anodowego - również zmniejszy się. W konsekwencji prąd płynący przez cewkę Lc również będzie się zmniejszał, co spowoduje powstanie prądu w cewce L w przeciwnym kierunku. Dlatego też, gdy kondensator C jest rozładowany, malejący prąd płynący przez Lc nadal będzie indukował prąd w cewce L, przez co płytki kondensatora będą ładowane, ale w przeciwnym kierunku, tak że na płytce gromadzi się ładunek ujemny podłączony do sieci. Spowoduje to w końcu całkowite ustanie prądu anodowego - przepływ prądu przez cewkę L ponownie się zatrzyma, a kondensator zacznie się rozładowywać. W rezultacie ładunek ujemny na siatce będzie coraz mniejszy, ponownie pojawi się prąd anodowy, który wzrośnie. Cały proces będzie więc powtarzany od początku. Z tego opisu wynika, że przez siatkę lampy przepływa prąd przemienny, którego częstotliwość jest równa częstotliwości własnej obwodu oscylacyjnego LC. Ale te oscylacje nie będą tłumione, ale stałe, ponieważ są utrzymywane przez stałe dodawanie energii z akumulatora przez cewkę Lc połączoną indukcyjnie z cewką L. Wynalezienie generatora lampowego umożliwiło dokonanie ważnego kroku w technice radiokomunikacyjnej – oprócz przesyłania sygnałów telegraficznych składających się z krótkich i dłuższych impulsów, możliwa stała się niezawodna i wysokiej jakości łączność radiotelefoniczna – czyli transmisja ludzka mowa i muzyka za pomocą fal elektromagnetycznych. Mogłoby się wydawać, że komunikacja radiotelefoniczna nie ma w tym nic skomplikowanego. W rzeczywistości drgania dźwiękowe są łatwo przekształcane w drgania elektryczne za pomocą mikrofonu. Dlaczego, wzmacniając je i wprowadzając je do anteny, nie transmitować mowy i muzyki na odległość w taki sam sposób, w jaki transmitowano wcześniej kod Morse'a? Jednak w rzeczywistości ta metoda transmisji nie jest możliwa, ponieważ tylko silne oscylacje o wysokiej częstotliwości są dobrze emitowane przez antenę. A powolne wibracje częstotliwości dźwięku wzbudzają w przestrzeni fale elektromagnetyczne tak słabe, że nie ma możliwości ich odebrania. Dlatego przed stworzeniem generatorów lampowych wytwarzających oscylacje o wysokiej częstotliwości komunikacja radiotelefoniczna wydawała się niezwykle trudnym zadaniem. Aby przekazać dźwięk, drgania te są zmieniane lub, jak mówią, modulowane drganiami o niskiej (dźwiękowej) częstotliwości. Istota modulacji polega na tym, że drgania o wysokiej częstotliwości generatora i drgania o niskiej częstotliwości z mikrofonu nakładają się na siebie i w ten sposób są podawane do anteny.
Modulacja może zachodzić na różne sposoby. Na przykład w obwodzie anteny znajduje się mikrofon. Ponieważ impedancja mikrofonu zmienia się wraz z falami dźwiękowymi, zmienia się z kolei prąd w antenie; innymi słowy, zamiast oscylacji o stałej amplitudzie będziemy mieli oscylacje o zmiennej amplitudzie - modulowany prąd o wysokiej częstotliwości. Zmodulowany sygnał o wysokiej częstotliwości odbierany przez odbiornik, nawet po wzmocnieniu, nie jest w stanie wywoływać oscylacji membrany telefonicznej lub tuby głośnika o częstotliwości audio. Może powodować tylko wibracje o wysokiej częstotliwości, które nie są odbierane przez nasze ucho. Dlatego w odbiorniku konieczne jest przeprowadzenie procesu odwrotnego - wybór sygnału częstotliwości audio z modulowanych oscylacji wysokiej częstotliwości - lub innymi słowy wykrycie sygnału. Detekcję prowadzono za pomocą diody próżniowej. Dioda, jak już wspomniano, przepuszczała prąd tylko w jednym kierunku, zamieniając prąd przemienny w pulsujący. Ten pulsujący prąd został wygładzony filtrem. Najprostszym filtrem mógłby być kondensator połączony równolegle ze słuchawką.
Filtr działał tak. W tym momencie, gdy dioda przepuszczała prąd, jego część rozgałęziała się na kondensator i ładowała go. W przerwach między impulsami, gdy dioda była zablokowana, kondensator rozładowywał się na lampie. Dlatego w przerwie między impulsami prąd płynął przez rurkę w tym samym kierunku, co sam impuls. Każdy kolejny impuls ładował kondensator. Z tego powodu przez lampę płynął prąd o częstotliwości akustycznej, którego kształt prawie całkowicie odtwarzał kształt sygnału o niskiej częstotliwości w stacji nadawczej. Po wzmocnieniu drgania elektryczne o niskiej częstotliwości zamieniły się w dźwięk; Najprostszy odbiornik detektora składa się z obwodu oscylacyjnego połączonego z anteną oraz obwodu połączonego z obwodem, składającego się z detektora i telefonu. Pierwsze lampy próżniowe były nadal bardzo niedoskonałe. Ale w 1915 Langmuir i Guede zaproponowali skuteczny sposób pompowania lamp do bardzo niskiego ciśnienia, dzięki czemu lampy próżniowe zastąpiły lampy jonowe. To przeniosło technologię elektroniczną na znacznie wyższy poziom. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Gramofon
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Chipy P5CT072 do paszportów na kartach plastikowych ▪ Alternatywa dla leków przeciwbólowych ▪ Apple przenosi komputery na własne procesory
▪ część witryny Uwaga dla ucznia. Wybór artykułu ▪ artykuł Dziwne i dziwne. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Dlaczego skarbonki są zrobione w kształcie świni? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Praca z podnośnikiem. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Teoria: regulacja głośności i tonu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Urządzenie zabezpieczające silnik. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony