Электронды шам

Электроникада электронды шам деп электрондардың төмен қысымдағы ортадағы қозғалысын басқару арқылы электр сигналын жасап шығаруға, күшейтуге, ажыратуға немесе басқалай өзгертуге арналған құрылғыны атайды. Электронды шамдардың көбінің іші төмен қысымды газбен толтырылған. Ауа барынша аластатылған лампылар да болады. Лампылардың барлығының дерлік жұмыс принципі термоэлектронды эмиссия құбылысына негізделген.

Кеңес одағы кезінде теледидарларда қолданылған электронды лампы

Лампылар электронды техниканың дамуын мүмкін еткен өте маңызды аспаптар болып табылады. Соның арқасында радио хабарларын тарату, радар, жоғары сапалы дыбыс ойнату, үлкен телефон желілері, сандық компьютерлердің заманауи түрлері (механикалық компьютерлерден басқа) және өндірістік бақылау жүйелері. Осы технологиялардың бірқатары электроника пайда болғаннан бұрын бар болатын. Бірақ электроника пайда болғаннан кейін ғана олар кең тарап, іске асырыла бастады. Электрониканың арқасында логарифмдік сызғыш секілді механикалық компьютерлер түгелдей дерлік қолданыстан шығып қалды.

Қазіргі таңда мақсаттардың басым көпшілігі үшін электронды лампыларды транзистор және диод секілді қатты денелі жартылай өткізгіш аспаптар ығыстырып шығарды. Себебі олар (жеке жартылай өткізгіш аспаптар болсын, интегралды схемалар болсын) лампыларға қарағанда шағынырақ, тиімдірек, сенімдірек әрі арзанырақ. Алайда тіпті қазірге дейін тек электронды лампылар ғана қолданылатын салалар бар, мысалы жоғары қуатты радиотаратқыш станцияларда және дыбыс күшейткіш аппаратураларда. Телевизорларда, компьютер мониторларында және осциллографтарда қолданылатын кинескоптар да электронды лампылардың бір түріне жатады. Электронды лампының тағы бір ерекше түрі -- магнетрон микротолқынды пештерде және кейбір радар жүйелерінде микротолқынды энергия түзу үшін қолданылады.

Сипаттама

Электронды лампы жылу өткізбейтін және ыстыққа шыдамды корпустың ішіне орналастырылған электродтардан тұрады. Корпустың ішінен ауа сорылып алынады. Корпус әдетте шыныдан жасалады, керамикадан және металдан жасалған корпустар да кездеседі. Электродтар лампының сыртында орналасқан істіктерге жалғанған, сол істіктер арқылы лампы схемаға қосылады. Лампылар схемаға әдетте тікелей емес, арнайы тесіктері бар лампы панелі арқылы жалғанады.

Ең қарапайым электронды лампылар электр лампысына ұқсайды, екеуінің де электр қылдары, ішінен ауа сорылып алынған шыны корпустары бар. Лампының ішіндегі электр қылы арқылы электр тогы өткенде қыл қызып, айналасындағы вакуумға электрондар бөліп шығара бастайды, бұл үрдіс термоэлектронды эмиссия деп аталады. Соның нәтижесінде пайда болған электрондардың бұлты кеңістік оқтама деп аталады. Егер электронды лампының ішіндегі анод деп аталатын метал табақша қыздырылмалы қылға (немесе қыздырылмалы катодқа) қарағанда оң оқтамаланған болса, онда термоэлектронды эмиссия нәтижесінде бөлініп шыққан электрондар анодқа қарай жылжи бастайды. Ал электрондар кері бағытта жылжымайды, себебі анодтың өзі электрондар бөліп шығара алмайды. Осындай лампыны диод, яғни электр тогын тек бір бағытта ғана өткізетін электронды аспап ретінде қолдануға болады. Лампылық диод тұрақты электр тогын табақшадан (анод) қылға (катод) қарай өткізеді, яғни электрондар ағымы кері бағытта, катодтан анодқа қарай орын алады.

Электронды лампының жұмыс істеу принципі қатты қыздырылған катодтың және қыздырылмайтын анодтың арасындағы температура айырмашылығына негізделген. Осы жайттың салдарынан электронды лампылар электр қуатын тиімсіз пайдаланады, себебі корпусы жылу өткізбейтін болғандықтан, оның ішінде температура тез жоғарылап, анодтың да электрондар бөліп шығаруына әкеп соғады. Корпустың іші ваккум болғандықтан оны желдетіп суыту мүмкін емес, анод қабылдайтын жылуын қара дене радиациясы арқылы немесе өзі орнатылған қаңқаға, сол арқылы сыртқы ортаға беру арқылы ғана сейілте алады. Анод электрон бөліп шығара бастау үшін өте жоғары температура керек, сондықтан лампылар сол температураға жетпейтіндей етіп жасалады. Суық катодты лампыларда бар, бірақ олар негізінен электр тогының бір бағытта ғана жылжығанын керек етпейтін жарықтандыру мақсаттарында ғана пайдаланылады.

Электронды лампы кернеумен басқарылатын аспап, яғни ол кірісінде қабылдап алған төмен кернеуді жоғары кернеу етіп күшейтіп шығара алады. Осы екі кернеудің арасындағы қатынасты сол лампының сипаттама тіктігі деп аталады. Қатты денелі электронды аспаптардың ішінде электронды лампыға қасиеттері және жұмыс істеу принципі бойынша ең ұқсасы өрістік транзисторлар болып табылады, бірақ өрістік транзисторлар лампылардікіндей жоғары кернеу мен қуатқа төтеп бере алмайды.

Шығарылу тарихы

Шыны корпусы алынып тасталған электронды лампының ішкі көрінісі.

19-шы ғасырда Гайслер және Крукс трубкалары секілді ауасы сорылып алынған трубкалармен тәжірибелер көп жасалды. Сондай тәжірибелермен айналысқан ғалымдардың ішінде Ойген Гольдштейн, Никола Тесла, Йоһанн Вильһельм Һитторф, Томас Эдисон және басқаларды атауға болады. Электр шамын санамағанда ғалымдар өз тәжірибелерінде қолданған трубкалардың практикалық маңызы шамалы еді. Бірақ сол ғалымдар мен өнертапқыштар жүргізген зерттеулердің арқасында электрон лампылар технологиясының пайда болуына керекті көп мәліметтер жиналды.

Термоэлектронды эмиссия құбылысын 1873 жылы Фредерик Гатри ашса да, Томас Эдисонның 1883-ші жылғы Эдисон эффекті көбірек айтылады. Эдисон сол құбылыстың неге болатынын түсінбесе де, оны бірден патенттеп алды.^[1]

Диодтар мен триодтар

Ағылшын физигі Джон Әмброз Флеминг көптеген техникалық фирмаларда, соның ішінде «Эдисон телефон» компаниясында инженер-консультант ретінде қызмет еткен. 1904 жылы Маркони компаниясында істепжүрген кезінде АҚШ-тан әкелінген Эдисон эффектісін қолданатын лампылармен жасалған тәжірибелердің нәтижесінде ол «тербелмелі лампы» деп аталған бір аспапты дамытып шығарды («тербелмелі лампы» деп аталуының себебі ол электр тогын тек бір бағытта ғана өткізетіндіктен). Ол кенотрон деп те атала бастады. Ол лампыны радио толқындарының детекторы ретінде де қолдануға болатын. Кейінірек Флеминг лампысы, сосын диод деп аталып кеткен сол лампының түрі электр тогын тек бір бағытта ғана өткізетін қасиетке ие болды, яғни ол айнымалы токты түзете алатын. Бұның қалай болатыны жоғарыдағы бөлімде егжей-тегжейлі сипатталған.

1907 жылы Ли Де Форест лампының ішіндегі қыздырылмалы қыл мен табақшалы электродтың арасына оралған сымнан жасалған тор орнатты. Ол кейінірек торшалы электрод деп атала бастады. Торшаға берілетін электр тогының шамасы өзгергенде, бұл сол торша арқылы ұшып өтетін электрондардың мөлшеріне әсер етеді. Осылайша осы торша табақша мен катодтың арасында өтетін электр тогының шамасына әсер ететіні анықталды. Осы үш электродты аспап токтың кернеуін күшейте алатын өте сезімтал құрал болып шықты. Де Форест өзінің осы жаңалығын аудион деп атады. 1907 жылы Де Форест аудионның радиобайланыс жасауға арналған үш электродты түріне патент^[2] алды. Ол аспап қазіргі кезде триод деп аталады. Де Форесттің бұл құрылғысы дәл вакуум лампысы болған жоқ, бірақ оның жұмыс істеу принципі лампының ішіндегі ауаны сорып алып тастағаннан кейін де қала беретін газдың иондалуына негізделді. Де Форесттің компаниясы тіпті аудионды жарнамалайтын қағазшаларында вакуумның тым күшті болып кеткені тиімсіз деп ескертетін де болды. Фин өнертапқышы Ерик Тигерстедт 1914 жылы Берлин қаласында фильмдерді дыбыстау бойынша жүргізген жұмысының барысында триодтың құрылысын әлдеқайда жақсартты. Алғашқы нағыз вакуум триодтарын, Плиотрон триодын 1915 жылы Дженерал Электрик компаниясының Скенектеди қаласындағы зертханасында Ирвинг Лангмюир жасап шығарды. Лангмюир лампының ішіндегі вакуум неғұрлым толық болса, лампы соғұрлым жақсы жұмыс істейтінін байқаған алғашқы ғалымдардың бірі болып табылады. Француз әскерінде 1916 жыл шамасында кең қолданыста болған R типті лампысы плиотронға өте ұқсас болды. Өнеркәсіпте жасалатын лампылардың ішіндегі қысым көбінесе 10 µPa мен 10 nPa арасында болып келеді.

Тағы қараңыз

Патенттер

АҚШ патенті № 307 031 - Электр индикаторы
АҚШ патенті № 514 170 - Қыздырылмалы электр шамы
АҚШ патенті № 803 684 - Айнымалы электр тогын тұрақты электр тогына айналдыратын аспап (Флеминг лампысының патенті)
АҚШ патенті № 841 387 - Әлсіз электр токтарын күшейтуге арналған құрылғы
АҚШ патенті № 879 532 - Де Форесттің Аудионы
АҚШ патенті № 2 141 059 - Телевизиялық жүйе

Түсініктемелер

Сілтемелер

Smart electrical panel (ағыл.)

Сыртқы сілтемелер

Джон Гасперстың теориясы
Генри Пастернакс Мұрағатталған 14 қазанның 2008 жылы.
Флеминг теориясы Мұрағатталған 16 қазанның 2012 жылы..

[1] АҚШ патенті № 307 031

[2] АҚШ патенті № 879 532

[1]

[2]