Elektrische Lampe. Zusammenfassung von Vakuumröhren und ihrer Arbeit

DP ____________2_2_0_3________gr_4_4_4________________

Fachgebiet und Gruppennummer

Rezensent __________________ _____К_у_д_р_я_ш_о_в_а____

Unterschrift i., o., Nachname

Leiter _______________ _____E_p_sh_t_e_y_n________

Unterschrift i., o., Nachname

Absolvent _________________ _____T_k_a_ch_e_n_k_o_V_K__

Unterschrift i., o., Nachname

Sankt Petersburg

Einführung. . . . . . . . . . . 3

1. Allgemeiner Teil

1.1. Beschreibung Fachbereich. . . . . . 4

1.1.1. Elektronische Röhren. . . . . . . 4

1.1.2. Berechnungsformeln. . . . . . . elf

1.2. Analyse von Lösungsmethoden. . . . . . . 13

1.3. Überprüfung der Programmiertools. . . . . . 14

1.4. Beschreibung der ausgewählten Programmiersprache. . . . 16

2. Besonderer Teil

2.1. Formulierung des Problems. . . . . . . . 23

2.1.1. Grundlage für die Entwicklung. . . . . . 23

2.1.2. Zweck des Programms. . . . . . 23

2.1.3. Technische und mathematische Beschreibung des Problems. . . . 23

2.1.4. Voraussetzungen für das Programm. . . . . . 24

2.1.4.1. Anforderungen an funktionale Eigenschaften. . 24

2.1.4.2. Zuverlässigkeitsanforderungen. . . . . . 25

2.1.4.3. Anforderungen an technische Mittel. . . . 25

2.2. Beschreibung des Programmschemas. . . . . . . 26

2.2.1. Beschreibung des Hauptprogrammschemas. . . . 26

2.2.2. Beschreibung der Modulschaltung zur Berechnung thermischer Spannungen in der MGP 26-Anode

2.2.3. Beschreibung des Diagramms des Diagrammmoduls. . . 27

2.3. Programmtext. . . . . . . . 28

2.4. Programm Beschreibung. . . . . . . . 33

2.4.1. allgemeine Informationen. . . . . . . 33

2.4.2. Funktioneller Zweck. . . . . 33

2.4.3. Beschreibung der logischen Struktur. . . . . 33

2.5. Beschreibung des Programm-Debugging-Prozesses. . . . . 34

2.6. Ein Beispiel für die Ergebnisse des Programms. . . . . 35
3. Wirtschaftliche Begründung für das entworfene Programm. . . . 36

4. Maßnahmen zur Gewährleistung der Lebenssicherheit. . . 40

4.1. Die Wirkung von elektrischem Strom auf den menschlichen Körper

4.2. Erdungsgeräte

Abschluss. . . . . . . . . . . 42

Referenzliste. . . . . . . . . . 43

Anhang 1. Programmübersicht. . . . 44

Anhang 2. Bildschirmformulare. . . . 47

Anhang 3. Beispiele für Fehler. . . . 51

In den letzten Jahren wurde das Wort „Computer“ immer häufiger verwendet. Besitzten früher nur Unternehmen mit globaler Autorität Computer und wurden Programme in Niedrigsprachen geschrieben, steht heute in fast jeder Wohnung ein Computer und Programme werden in Hochsprachen geschrieben. In Russland werden jährlich mehr als eine Million Computer verkauft. Moderne Computer verfügen über großartige Fähigkeiten: Sie führen numerische Berechnungen durch, bereiten Bücher für den Druck vor, erstellen Zeichnungen, Filme, Musik und steuern Fabriken und Raumschiffe. Ein Computer ist ein universelles und relativ einfaches Werkzeug zur Verarbeitung aller Arten von Informationen, die der Mensch verwendet.

Diese Abschlussarbeit wird es Mitarbeitern von Anlagen und Konstruktionsbüros ermöglichen, die Anzahl und Kosten von Prototypen entworfener Geräte zu reduzieren. Das zu entwickelnde Programm ermöglicht die Berechnung des Temperaturfeldes im Körper der MGP-Anode während des Aufheizvorgangs nach dem Einschalten des Geräts sowie der daraus resultierenden thermischen Spannungen, die eine zerstörende Wirkung auf das Anodenmaterial haben. Die Ergebnisse dieses Programms liefern die notwendigen ersten Informationen zur Analyse der Temperaturspannungen im Anodenkörper und zur Auswahl von Betriebsmodi, die die Lebensdauer erhalten und eine hohe Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Geräte gewährleisten.

EIN GEMEINSAMES TEIL

Beschreibung des Themenbereichs

Elektronische Röhren

Elektronenröhren werden in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik zur Erzeugung, Verstärkung oder Umwandlung elektrischer Schwingungen eingesetzt.

Funktionsprinzip von Vakuumröhren

Das Funktionsprinzip aller Radioröhren basiert auf dem Phänomen Glühemission- Dies ist eine Erhöhung der Geschwindigkeit von Elektronen, so dass sie mit negativer Ladung aus dem Metall herausfliegen und sich gezielt zwischen den Elektroden bewegen können, wodurch sie entstehen elektrischer Strom. Dazu ist es auch notwendig, dass sie auf ihrem Weg nicht auf Hindernisse wie Luftmoleküle stoßen – deshalb entsteht in den Lampen ein Hochvakuum. Um eine thermionische Emission zu erhalten, muss das Metall auf etwa 2000 °K erhitzt werden. Am bequemsten ist es, das Metall zu erhitzen Filament elektrischer Schock ( Filamentstrom), wie bei der Beleuchtung von Lampen. Nicht jedes Metall hält einer so hohen Temperatur stand; die meisten schmelzen, weshalb die ersten Exemplare elektronischer Lampen reine Wolframfäden verwendeten, die so lange glühten, bis sie weiß leuchteten, daher der Name „Lampe“. Eine solche Helligkeit ist jedoch sehr teuer – Sie benötigen einen starken Strom (ein halbes Ampere für die Empfangslampe). Doch bald wurde eine Möglichkeit gefunden, den Filamentstrom zu reduzieren. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Freisetzung von Elektronen erleichtert wird (die sogenannte „Austrittsarbeit“ wird verringert), wenn Wolfram mit einigen anderen Metallen oder deren Oxiden (Barium, Strontium und Kalzium) beschichtet wird. Die Ausgabe erfordert weniger Energie und daher eine niedrigere Temperatur. Moderne oxidierte Filamente arbeiten bei einer Temperatur von etwa 700–900 °C und daher ist es möglich, den Filamentstrom um etwa das 10–20-fache zu reduzieren.

Es ist zu beachten, dass alle Elektronenflüsse in der Lampe durch elektrische Felder gesteuert werden, die um Elektroden mit unterschiedlichen Ladungen gebildet werden.

Arten von Vakuumröhren

Diode- ein Vakuumgerät, das elektrischen Strom nur in eine Richtung leitet (Abb. 1a) und über zwei Anschlüsse zum Anschluss an einen Stromkreis verfügt (plus natürlich einen Glühfadenanschluss); eine Zwei-Elektroden-Lampe wurde 1904 vom Physiker J. erfunden. Fleming. Eine solche Elektronenröhre besteht aus einem Glas- oder Metallzylinder, aus dem Luft abgepumpt wurde, und zwei Metallelektroden: einer heißen Kathode (-) und einer kalten Anode (+). Es gibt zwei Arten von Kathoden: direkte Hitze Und indirekte Wärme. Im ersten Fall ist die Kathode ein Wolframfaden (normalerweise mit Oxid beschichtet), durch den der Strom fließt, der sie erhitzt, und im zweiten Fall ist sie ein Zylinder, der im Inneren mit einer Metallschicht mit geringer Austrittsarbeit bedeckt ist bei dem es sich um einen von der Kathode elektrisch isolierten Glühfaden handelt. Die Wirkung der Kathode als Elektronenquelle basiert auf Glühemission. Abbildung 1a zeigt den Aufbau einer Vakuumdiode mit direkt beheizter Kathode. Der Nachteil direkt beheizter Kathoden besteht darin, dass sie nicht für deren Stromversorgung geeignet sind. Wechselstrom Da bei einer Stromänderung die Temperatur des Glühfadens Zeit hat, sich zu ändern, und der Fluss der emittierten Elektronen mit der Frequenz des Versorgungsstroms pulsiert, werden jetzt indirekt beheizte Kathoden verwendet.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode (Abb. 1f) ist nichtlinear – dies wird durch die Ansammlung von Elektronen an der Kathode in einer „Wolke“ erklärt. Ohne Anodenspannung werden keine Elektronen angezogen und der Anodenstrom ist Null. Anodenstrom entsteht, wenn eine positive Spannung an die Anode angelegt wird; mit steigender Spannung steigt auch der Anodenstrom (schneller auf der A-B-Kurve). Bei hoher Spannung (am Punkt B) erreicht der Strom seinen größten Wert – das ist der Sättigungsstrom. Eine Diode mit aktivierter (Oxid-)Kathode zeigt keine Verlangsamung des Wachstums des Anodenstroms, aber wenn der Anodenstrom einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Kathode zerstört. Die Eigenschaften der Diode werden anhand der Kennliniensteilheit und dem Innenwiderstand der Lampe beurteilt.

Wenn der Gitterausgang mit der Kathode verbunden ist, entsteht kein elektrisches Feld zwischen Gitter und Kathode und die Windungen des Gitters haben einen sehr schwachen Einfluss auf die zur Anode fliegenden Elektronen – a Ruhestrom. Wenn Sie eine Batterie zwischen Kathode und Gitter schalten, sodass das Gitter negativ geladen ist, beginnt letzteres, Elektronen zurück zur Kathode zu drücken, und der Anodenstrom nimmt ab. Bei einem erheblich negativen Potential des Gitters können selbst die schnellsten Elektronen seine abstoßende Wirkung nicht überwinden und der Anodenstrom stoppt, d. h. Die Lampe wird gesperrt. Wenn eine Gitterbatterie so angeschlossen ist, dass das Gitter relativ zur Kathode positiv geladen ist, beschleunigt das resultierende elektrische Feld die Bewegung der Elektronen. In diesem Fall Messgerät Im Anodenkreis wird ein Stromanstieg auftreten.

Je höher das Gitterpotential, desto größer wird der Anodenstrom. In diesem Fall werden einige der Elektronen vom Gitter angezogen und erzeugen Netzstrom, aber bei richtiger Konstruktion der Lampe ist die Anzahl dieser Elektronen gering. Nur die Elektronen, die sich in unmittelbarer Nähe der Gitterwindungen befinden, werden davon angezogen und erzeugen einen Strom im Gitterkreis – dieser ist unbedeutend.

Die Verstärkung und Leistung von Trioden ist unterschiedlich. Bei einem großen Anodenstrom sind die Anoden einem starken Elektronenbeschuss ausgesetzt, der zu einer erheblichen Erwärmung und sogar Zerstörung führt. Daher werden die Anoden massiv gefertigt, geschwärzt, spezielle Kühlrippen angeschweißt oder es kommt eine Wasserkühlung zum Einsatz, die weiter unten beschrieben wird . Wasserkühlung kommt auch in der Impulsgeneratortriode GI-11 (BM) zum Einsatz, die kürzlich von St. Petersburger Wissenschaftlern entwickelt wurde.

Abgeschirmte Röhren können bei niedrigen Gitterspannungen gut funktionieren, aber manchmal erreichen beim Betrieb von Tetroden aus der Anode herausgeschlagene Sekundärelektronen das Schirmgitter und erzeugen einen Strom und eine starke Signalverzerrung – ein Phänomen, das als „Sekundärelektronen“ bezeichnet wird Dynatron-Effekt. Pentoden sind eine Lösung für dieses Problem.

Der Weg, die unangenehmen Folgen des Dynatron-Effekts zu beseitigen, liegt auf der Hand: Es muss verhindert werden, dass Sekundärelektronen das Abschirmgitter erreichen. Dies kann erreicht werden, indem ein weiteres Gitter in die Lampe eingeführt wird – das dritte in einer Reihe, was der Fall sein wird schützend, so sind Pentoden entstanden – vom griechischen Wort „penta“ – fünf (Abb. 1d). Das dritte Gitter befindet sich zwischen Anode und Abschirmgitter und ist mit der Kathode verbunden, daher ist es gegenüber der Kathode negativ geladen. Daher werden Sekundärelektronen von diesem Gitter zurück zur Anode abgestoßen, aber gleichzeitig stört dieses Schutzgitter, da es recht selten ist, nicht die Elektronen des Hauptanodenstroms. Bei modernen (Stand 1972) Hochfrequenz-Pentoden erreicht die Verstärkung mehrere Tausend, und die Gitter-Anoden-Kapazität wird in Tausendstel Picofarad gemessen. Dadurch ist die Pentode eine hervorragende Lampe zur Verstärkung von Schwingungen Hochfrequenz. Aber auch zur Verstärkung tiefer (Audio-)Frequenzen, insbesondere in Endstufen, werden Pentoden mit großem Erfolg eingesetzt.

Strukturell unterscheiden sich Niederfrequenz-Pentoden etwas von Hochfrequenz-Pentoden. Um tiefe Frequenzen zu verstärken, braucht man keine allzu großen Verstärkungsfaktoren, aber man braucht einen großen geraden Abschnitt der Kennlinie, da man große Spannungen verstärken muss, so dass man relativ spärliche Schirmnetze anfertigen muss. In diesem Fall fällt die Verstärkung nicht sehr groß aus und die gesamte Kennlinie verschiebt sich nach links, sodass ein größerer Teil davon nutzbar wird. Niederfrequenz-Pentoden müssen mehr Leistung liefern, deshalb sind sie massiv gebaut und ihre Anoden müssen gekühlt werden.

es gibt auch Strahltetroden– leistungsstarke Niederfrequenzlampen ohne Schutzgitter, bei denen die Windungen der Abschirmgitter genau hinter den Windungen der Steuergitter liegen. In diesem Fall wird der Elektronenfluss in einzelne Strahlen zerlegt, die direkt zur Anode fliegen. Diese befindet sich jedoch etwas weiter entfernt und die aus ihr herausgeschlagenen Sekundärelektronen können das Abschirmgitter nicht erreichen, sondern werden von der Anode ohne zurückgezogen verstörend normale Operation Lampen. Der Gewinn solcher Lampen ist um ein Vielfaches höher als der herkömmlicher Tetroden, weil Elektronen von der Kathode fliegen in direkten Strahlen zwischen den Windungen der Gitter und streuen nicht, sondern werden durch ein Feld von Abschirmplatten, die sich auf den möglichen Leckpfaden in der Nähe der Anode der Lampe befinden und mit dem Minus verbunden sind, zur Anode geleitet der Stromquelle durch die Kathode. Mit Strahllampen ist es möglich, eine sehr günstige Kennlinienform zu erzeugen, die es ermöglicht, eine hohe Ausgangsleistung bei niedriger Signalspannung am Netz zu erzielen.

Konstruktionen von Radioröhren

Für Ausrüstung geringer Strom B. einen Funkempfänger, versuchte man, die Lampen so klein wie möglich zu machen (Fingerlampen). Sie werden oft als Empfangs- und Verstärkerröhren bezeichnet. Es gibt auch Subminiaturlampen (dick wie ein Bleistift) mit weichen Minen. In Hochleistungsgeräten von Funkgeräten und in Funksendern werden Lampen mit viel größeren Abmessungen verwendet, die im Anodenkreis eine viel größere Leistung entwickeln. Solche Lampen verfügen über massive Anoden mit forcierter Luft- oder Wasserkühlung. Dazu werden die Anoden aus Kupfer oder anderen hitzebeständigen Metallen kegelförmig gefertigt und mit Hohlrippen oder Rohren verschweißt, durch die gekühltes Wasser geleitet wird. Leistungsstarke Lampen mit Kupferanoden und Wasserkühlung, erfunden 1923 von M.A. Bonch-Bruevich, werden in leistungsstarken Funksendern auf der ganzen Welt eingesetzt (wo Halbleiterbauelemente nicht verwendet werden können).

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Anode zu kühlen:

· Zwangsluft;

· Zwangswasser;

· natürlich (streuend).

Um die Erwärmung der Anode zu reduzieren, ist diese häufig mit Rippen oder Flügeln ausgestattet.

Während es Radioröhren gab, erfuhren ihre Konstruktionen große Veränderungen. Die ersten Muster von Empfangs- und Verstärkerlampen waren recht groß und verbrauchten einen sehr großen Glühfadenstrom. Mit der Verbesserung von Design und Produktionstechnologie verringerten sich die Lampengrößen, die Lampen wurden langlebiger, wirtschaftlicher und ihre Qualität verbesserte sich. Die heutigen Empfangs- und Verstärkerröhren haben kaum noch Ähnlichkeit mit den ersten Radioröhren, obwohl sich die Grundprinzipien ihrer Funktionsweise nicht geändert haben.

Moderne Empfangs- und Verstärkerlampen werden fast ausschließlich in Fingerform (5-7 Zentimeter lang) hergestellt. Die inneren Anschlüsse und Leitungen aller Elektroden sind direkt auf dem flachen Glasboden der Lampe montiert und kommen in Form von dünnen, aber starken Stiften heraus, die asymmetrisch angeordnet sind. Der Ausgang einer der Lampenelektroden ist mit jedem der Pins verbunden. Der Anschluss der Elektroden (Pinbelegung) von Lampen des gleichen Typs ist immer exakt gleich.

Um sicherzustellen, dass die Lampenstifte korrekt in die Fassung eingesetzt werden, werden zwei Methoden verwendet: asymmetrische Anordnung der Stifte und Erstellen Führungsschlüssel auf einem Kunststoffsockel (Abb. 1d), der in eine Nut am Sockel passt.

In der Massenproduktion sind Lampenanoden zylindrisch und bestehen aus Kupfer oder hitzebeständigen Legierungen. Das zu entwickelnde Programm soll die Modellierung und Produktion solcher elektronischen Röhren vereinfachen und die Kosten senken.

Bauformen und Bezeichnungen elektronischer Röhren in Diagrammen

A) B)

IN)

D) E)

a) – direkt beheizte Diode (zwei Ausführungen und schematische Bezeichnung);

b) – Triodenschaltung mit indirekter Heizung (mit einer dritten Elektrode – Gitter);

c) – Aufbau und schematische Bezeichnung einer Tetrode mit direktem Filament.

d) – Aufbau und schematische Bezeichnung einer direkt beheizten Pentode.

e) – Oktalbasis einer Radioröhre mit einem Führungsvorsprung (in die Fassung).

f) – Anodenstrom-Spannungs-Kennlinie einer Vakuumdiode.

Berechnungsformeln

Die Temperaturverteilung über der Anodenwanddicke wird durch Lösung der Differentialgleichung bestimmt:

deren Lösung Randbedingungen unterliegt:

Auf der inneren (beheizten) Oberfläche:

(2)

Auf der äußeren (gekühlten) Oberfläche:

(3)

mit der Anfangsbedingung: T(r,0) = T o = 300 o K. (4)

Gleichung (1) wird integriert, bis der stationäre Zustand erreicht ist (Erwärmung abgeschlossen), d. h. Bedingung ist erfüllt .

In Gleichung (3): ε – Oberflächenemissionskoeffizient; σ o = 5,67*10 -12 – Stefan-Boltzmann-Konstante.

Basierend auf den Ergebnissen der Integration von Gleichung (1) wird die thermische Spannung in der Anode wie folgt berechnet:

(5)

T durchschn. (r,t) – durchschnittliche Anodentemperatur im Abschnitt mit Koordinaten R.

Das Integral in Gleichung (5) wird nach der Simpson-Methode berechnet:

Wo ist die Anzahl der Partitionen? N= 2m ist gerade und Schritt h = b-a/2m. M – Anzahl der räumlichen Intervalle.

Formeln zur Berechnung von Temperaturen in der Finite-Differenzen-Darstellung:

Randbedingungen an den Anodenoberflächen:

R intern : . (2’)

R außen: (3’)

Hier: i, j – Anzahl der räumlichen und zeitlichen Intervalle, k – Außenwand;

Δr und Δt – Schritte des Raum-Zeit-Gitters in Koordinaten und Zeit;

n ist die Anzahl der räumlichen Intervalle innerhalb der Anodenwanddicke (R out – R out).

Im Projekt übernommene Bezeichnungen:

R aus, R int. – Außen- und Innenradien der Anode (cm);

t – Betriebszeit nach dem Einschalten des Filaments (Sek.);

r – Koordinate im Anodenquerschnitt (cm); R int. ≤ r ≤ R adv.

T(r,t) – Temperatur im Abschnitt mit der Koordinate „r“ zum Zeitpunkt „t“;

λ – Wärmeleitfähigkeit des Anodenmaterials (W/cm*Grad);

α – Wärmeleitfähigkeit des Anodenmaterials (Kupfer=1,1);

E – Elastizitätsmodul (kg/cm²);

α t – linearer Ausdehnungskoeffizient (1/Grad);

ε – Oberflächenemissionskoeffizient;

σ o = 5,67*10 -12 (W/Sm 2 Grad 4) – Stefan-Boltzmann-Konstante;

q – der Anode zugeführte Leistung (W/cm²);

T 0 – Umgebungstemperatur (Grad K).

Analyse von Lösungsmethoden

Die Differentialgleichung (1) – (3), (4) kann auf zwei Arten gelöst werden: mit der impliziten (absolut konvergenten) Methode und der expliziten (relativ konvergenten) Finite-Differenzen-Approximationsmethode. Der Unterschied zwischen diesen Methoden besteht darin, dass bei der impliziten Methode der Schritt Δt auf einen beliebigen Wert eingestellt wird, bei der expliziten Methode jedoch begrenzt und sehr klein angenommen wird.

Dies impliziert einen Unterschied in den Stabilitätsbedingungen der Systeme: .

Im expliziten Schema ω<1/2, а в неявной схеме ω не ограничена. Это приводит к тому, что в явной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в предыдущий момент времени, а в неявной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в тот же момент времени.

Die Gleichung eines impliziten Schemas kann nicht sofort gelöst werden; es ist notwendig, ein Gleichungssystem zu erstellen, was das Programmschema erheblich verkompliziert. Der Vorteil des impliziten Schemas besteht darin, dass Sie durch Festlegen des gewünschten Schritts die Anzahl der Iterationen stark reduzieren können, während bei der expliziten Methode die Anzahl der Iterationen Zehntausende beträgt. Bei modernen Computergeschwindigkeiten wird der Unterschied von mehreren tausend Iterationen während des Programmbetriebs jedoch nicht einmal eine Sekunde betragen, und ein einfacher und praktischer Algorithmus trägt zu einem besseren und schnelleren Schreiben und Debuggen des Programms bei. Daher wurde bei der Entwicklung dieses Programms eine explizite Finite-Differenzen-Approximationsmethode verwendet.

Ich präsentiere Ihnen die HTML-Version des Buches S.A. Bazhanov „Wie eine Radioröhre funktioniert. Klassen gewinnen“ Gosenergoizdat, Moskau, Leningrad 1947.

Die Kenntnis der Erfindungsgeschichte der Radioröhre führt uns zurück ins Jahr 1881, als der berühmte Erfinder Thomas Edison ein Phänomen entdeckte, das später als Grundlage für den Betrieb fast jeder Radioröhre diente. Durchführung von Experimenten zur Verbesserung der ersten elektrischen Lampen. Edison führte eine Metallplatte in den Glaskolben der Lampe ein und platzierte sie in der Nähe des erhitzten Kohlenstofffadens. Diese Platte war überhaupt nicht mit dem Gewinde im Kolben verbunden (Abb. 1). Der Metallstab, an dem die Platte gehalten wurde, gelangte durch das Glas nach außen. Um ein Durchbrennen des Glühfadens zu verhindern, wurde die Luft aus dem Lampenkolben abgepumpt. Der Erfinder war ziemlich überrascht, als er die Abweichung der Nadel eines elektrischen Messgeräts bemerkte, das im Leiter enthalten war, der die Metallplatte mit dem Pluspol (Plus) der Filamentbatterie verbindet. Aufgrund der damals üblichen Vorstellungen war das Auftreten von Strom im Stromkreis „Platte – Verbindungsdraht – plus Batterien“ nicht zu erwarten, da dieser Stromkreis nicht geschlossen war. Dennoch floss Strom durch den Stromkreis. Wenn das Verbindungskabel nicht an Plus, sondern an Minus der Batterie angeschlossen wurde, stoppte der Strom im Plattenstromkreis. Edison konnte das entdeckte Phänomen, das unter dem Namen Edison-Effekt in die Geschichte der Radioröhre einging, nicht erklären.

Eine Erklärung für den Edison-Effekt wurde viel später gegeben, nachdem 1891 von Stoey und Thomson Elektronen, die kleinsten negativen Ladungen der Elektrizität, entdeckt wurden. In den Jahren 1900-1903 Richardson führte wissenschaftliche Forschungen durch, deren Ergebnis eine experimentelle und theoretische Bestätigung von Thomsons Schlussfolgerung war, dass die heiße Oberfläche von Leitern Elektronen emittiert. Es stellte sich heraus, dass die Methode zum Erhitzen des Leiters gleichgültig ist: Ein auf brennenden Kohlen erhitzter Nagel emittiert Elektronen (Abb. 2) auf die gleiche Weise wie der Glühfaden einer durch elektrischen Strom erhitzten elektrischen Lampe. Je höher die Temperatur, desto intensiver ist die Elektronenemission. Richardson untersuchte die Elektronenemission eingehend und schlug Formeln zur Berechnung der Anzahl der emittierten Elektronen vor. Er fand außerdem heraus, dass verschiedene Leiter beim Erhitzen auf die gleiche Temperatur unterschiedlich stark Elektronen emittieren, was auf die strukturellen Eigenschaften dieser Leiter zurückgeführt wurde, d. h. die Merkmale ihrer inneren Struktur. Cäsium, Natrium, Thorium und einige andere Metalle haben erhöhte Emissionseigenschaften. Dies wurde später bei der Entwicklung intensiver Elektronenemitter verwendet.

Die bloße Feststellung der Existenz einer Elektronenemission von der Oberfläche heißer Leiter (eine solche Emission wird als thermionisch oder thermionisch bezeichnet) erklärt jedoch noch nicht das Auftreten von Strom im Stromkreis der Edison-Lampenplatte. Aber alles wird völlig klar, wenn wir uns an zwei Umstände erinnern: 1) ungleiche elektrische Ladungen neigen dazu, sich anzuziehen, und ähnliche neigen dazu, sich abzustoßen; 2) Der Elektronenfluss bildet einen elektrischen Strom, der umso stärker ist, je mehr Elektronen sich bewegen (Abb. 3). Die mit dem Pluspol der Glühbatterie der Lampe verbundene Platte ist positiv geladen und zieht daher Elektronen an, deren Ladung negativ ist. Dadurch wird der scheinbar offene Stromkreis im Inneren der Lampe geschlossen und ein elektrischer Strom im Stromkreis aufgebaut, der durch das elektrische Messgerät fließt. Der Instrumentenpfeil weicht ab.

Wenn die Platte im Verhältnis zum Glühfaden negativ geladen ist (genau das passiert, wenn sie an den Minuspunkt einer Glühbatterie angeschlossen wird), stößt sie Elektronen von sich selbst ab. Obwohl der heiße Glühfaden immer noch Elektronen emittiert, erreichen diese die Platte nicht. Im Plattenstromkreis entsteht kein Strom und der Pfeil des Geräts zeigt Null (Abb. 4). Der heiße Glühfaden wird von allen Seiten von einer großen Anzahl von Elektronen umgeben sein, die kontinuierlich vom Glühfaden emittiert werden und wieder zu ihm zurückkehren. Diese „Elektronenwolke“ um den Glühfaden herum erzeugt eine negative Raumladung, die verhindert, dass Elektronen aus dem Glühfaden austreten. Durch die Wirkung einer positiv geladenen Platte kann die Raumladung beseitigt werden („die Elektronenwolke auflösen“). Mit zunehmender positiver Ladung nimmt die elektronenanziehende Kraft der Platte zu und immer mehr Elektronen verlassen die „Wolke“ in Richtung Platte. Die räumliche negative Ladung um den Faden herum nimmt ab. Der Strom im Plattenkreis steigt, die Instrumentennadel weicht entlang der Skala zu höheren Messwerten hin aus. Somit kann der Strom im Plattenstromkreis durch Ändern der positiven Ladung der Platte geändert werden. Dies ist die zweite Möglichkeit, den Strom zu erhöhen. Die erste Möglichkeit kennen wir bereits: Je höher die Temperatur des heißen Filaments, desto stärker die Emission. Allerdings kann die Temperatur des Glühfadens nur bis zu bestimmten Grenzen erhöht werden, danach besteht die Gefahr des Durchbrennens des Glühfadens.

Aber auch die Zunahme der positiven Ladung auf der Platte hat Grenzen. Je stärker diese Ladung ist, desto größer ist die Geschwindigkeit der Elektronen, die auf die Platte zufliegen. Dies führt zu einer elektronischen Bombardierung der Schallplatte. Obwohl die Aufprallenergie jedes Elektrons gering ist, gibt es viele Elektronen, und die Stöße können dazu führen, dass die Platte sehr heiß wird und sogar schmilzt.

Eine Erhöhung der positiven Ladung der Platte wird dadurch erreicht, dass in ihren Stromkreis eine Batterie mit hoher Spannung eingebunden wird und das Plus der Batterie mit der Platte und das Minus mit dem Glühfaden (mit dem Pluspol der Glühbatterie) verbunden wird , Abb. 5). Indem man die Temperatur des Glühfadens unverändert lässt, also die Spannung des Glühfadens unverändert lässt, ist es möglich, die Art der Stromänderung im Plattenstromkreis in Abhängigkeit von der Spannungsänderung der „Platten“-Batterie zu bestimmen. Diese Abhängigkeit wird normalerweise grafisch ausgedrückt, indem eine Linie erstellt wird, die die Punkte, die den Instrumentenablesungen entsprechen, glatt verbindet. Die horizontale Achse von links nach rechts zeigt normalerweise zunehmende Werte der positiven Spannung an der Platte an, während die vertikale Achse von unten nach oben zunehmende Werte des Stroms im Plattenkreis anzeigt. Das resultierende Diagramm (Kennlinie) zeigt, dass die Abhängigkeit des Stroms von der Spannung nur in begrenzten Grenzen proportional ist. Wenn die Spannung an der Platte zunimmt, steigt der Strom in ihrem Stromkreis zunächst langsam, dann schneller und dann gleichmäßig (linearer Abschnitt des Diagramms). Schließlich kommt ein Moment, in dem der Stromanstieg stoppt. Dieser Sättigungsstrom kann nicht höher werden: Alle vom Glühfaden emittierten Elektronen sind vollständig verbraucht. Die „elektronische Cloud“ ist verschwunden. Der Lampenplattenstromkreis hat die Eigenschaft, elektrischen Strom in eine Richtung zu übertragen. Diese Einseitigkeit wird dadurch bestimmt, dass Elektronen („Stromträger“) in einer solchen Lampe nur in eine Richtung gelangen können: vom heißen Glühfaden zur Platte. John Fleming im Jahr 1904 war mit Experimenten zum Empfang drahtloser Telegraphensignale beschäftigt; es wurde ein Detektorgerät mit einseitiger Stromübertragung benötigt. Als Detektor verwendete Fleming eine Elektronenröhre.

So wurde der Edison-Effekt erstmals in der Funktechnik praktisch angewendet. Die Technologie wurde um eine neue Errungenschaft bereichert – das „elektrische Ventil“. Es ist interessant, zwei Schaltungen zu vergleichen: die 1905 veröffentlichte Fleming-Empfängerschaltung und die moderne Schaltung eines einfachen Empfängers mit Kristalldetektor. Diese Schemata unterscheiden sich im Wesentlichen kaum voneinander. Die Rolle des Detektors in Flemings Schaltung übernahm ein „elektrisches Ventil“ (Ventil). Dieses „Ventil“ war die erste und einfachste Radioröhre (Abb. 6). Da das „Ventil“ nur dann Strom durchlässt, wenn an der Platte eine positive Spannung anliegt, und die mit der positiven Seite der Stromquellen verbundenen Elektroden Anoden genannt werden, ist dies genau die Bezeichnung für die Platte, egal welche Form (zylindrisch) sie hat , prismatisch, flach) ist gegeben. Der mit der negativen Seite der Anodenbatterie („Plattenbatterie“, wie wir sie zuvor nannten) verbundene Faden wird Kathode genannt. Flemings „Ventile“ sind bis heute weit verbreitet und haben keine anderen Namen. Jedes moderne, mit Wechselstrom betriebene Radio enthält ein Gerät, das Wechselstrom in den vom Empfänger benötigten Gleichstrom umwandelt. Diese Transformation wird durch „Ventile“ durchgeführt, die Kenotrons genannt werden. Das Kenotron-Gerät ist im Prinzip genau das gleiche wie das Gerät, in dem Edison erstmals das Phänomen der thermionischen Emission beobachtete: ein Kolben, aus dem Luft abgepumpt wird, eine Anode und ein durch elektrischen Strom erhitzte Kathode. Das Kenotron, das Strom nur in eine Richtung leitet, wandelt Wechselstrom (d. h. einen Strom, der abwechselnd die Richtung seines Durchgangs ändert) in Gleichstrom um, der die ganze Zeit in eine Richtung fließt. Der Vorgang der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom durch Kenotrons wird als Gleichrichtung bezeichnet, was offenbar durch ein formales Merkmal erklärt werden sollte: Der Wechselstromgraph hat normalerweise eine Wellenform (Sinuskurve), während der Gleichstromgraph eine Gerade ist. Es stellt sich heraus, dass das Wellendiagramm zu einem geradlinigen Diagramm „begradigt“ wird (Abb. 7). Das komplette zur Gleichrichtung verwendete Gerät wird als Gleichrichter bezeichnet. Der allgemeine Name für alle Radioröhren mit zwei Elektroden – Anode und Kathode (der Faden hat zwar zwei Ableitungen von der Glühbirne, stellt aber eine Elektrode dar) ist eine Zwei-Elektroden-Lampe oder – kurz – eine Diode. Dioden werden nicht nur in Gleichrichtern, sondern auch in Funkempfängern selbst eingesetzt, wo sie Funktionen erfüllen, die direkt mit dem Empfang von Funksignalen zusammenhängen. Eine solche Diode ist insbesondere eine 6X6-Lampe, bei der zwei voneinander unabhängige Dioden in einer gemeinsamen Glühbirne untergebracht sind (solche Lampen werden Doppeldioden oder Doppeldioden genannt). Kenotrons haben oft nicht eine, sondern zwei Anoden, was durch die Besonderheiten der Gleichrichterschaltung erklärt wird. Die Anoden befinden sich entweder in der Nähe einer gemeinsamen Kathode entlang des Glühfadens oder jede Anode umgibt eine separate Kathode. Ein Beispiel für ein Einzelanoden-Kenotron ist eine VO-230-Lampe, und Zwei-Anoden-Kenotron sind Lampen 2-V-400, 5Ts4S, VO-188 usw. Ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Anodenstroms der Diode von der ausdrückt Die Spannung an der Anode wird Diodenkennlinie genannt.

Im Jahr 1906 platzierte Lv de Forest eine dritte Elektrode in Form eines Drahtgeflechts im Raum zwischen Kathode und Anode. So entstand eine Drei-Elektroden-Lampe (Triode) – der Prototyp fast aller modernen Radiolampen. Der Name „Gitter“ hat sich für die dritte Elektrode bis heute erhalten, obwohl sie derzeit nicht immer das Aussehen eines Gitters hat. Im Inneren der Lampe ist das Gitter mit keiner anderen Elektrode verbunden. Der Leiter des Gitters wird aus der Glühbirne nach außen geführt. Durch den Anschluss einer Gitterbatterie zwischen dem Ausgangsleiter des Gitters und dem Anschluss der Kathode (Filament) können Sie das Gitter relativ zur Kathode positiv oder negativ aufladen – je nach Polarität der Batterie.

Wenn der Pluspol (Plus) einer Netzbatterie an das Netz und der Minuspol (Minus) an die Kathode angeschlossen wird, erhält das Netz eine positive Ladung, und je höher die Batteriespannung, desto höher die Ladung. Beim erneuten Einschalten der Batterie wird das Netz negativ geladen. Wenn der Gitterleiter direkt mit der Kathode verbunden ist (mit einem beliebigen Anschluss des Glühfadens), dann erhält das Gitter das gleiche Potenzial wie die Kathode (genauer gesagt, was der Punkt des Glühstromkreises hat, an den das Gitter angeschlossen ist). Wir können davon ausgehen, dass in diesem Fall das Gitter relativ zur Kathode ein Nullpotential erhält, d. h. die Gitterladung ist Null. Da das Gitter unter Nullspannung steht, hat es nahezu keinen Einfluss auf den Elektronenfluss zur Anode (Abb. 8). Der Großteil von ihnen geht durch die Löcher des Gitters (das Verhältnis zwischen der Größe der Elektronen und den Löchern des Gitters ist ungefähr das gleiche wie zwischen der Größe eines Menschen und den Abständen zwischen Himmelskörpern), aber ein Teil der Elektronen kann immer noch in die Startaufstellung kommen. Von hier aus wandern diese Elektronen durch den Leiter zur Kathode und bilden dort einen Gitterstrom.

Nachdem das Gitter eine Ladung mit dem einen oder anderen Vorzeichen (Plus oder Minus) erhalten hat, beginnt es aktiv in die elektronischen Prozesse im Inneren der Lampe einzugreifen. Wenn die Ladung negativ ist, neigt das Gitter dazu, Elektronen wegzudrücken, die eine Ladung mit dem gleichen Vorzeichen haben. Und da sich das Gitter auf dem Weg der Elektronen von der Kathode zur Anode befindet, führt das Gitter die Elektronen durch Abstoßung zurück zur Kathode (Abb. 9). Wenn man die negative Ladung des Gitters schrittweise erhöht, verstärkt sich die abstoßende Wirkung, wodurch bei konstanter positiver Spannung an der Anode und konstanter Wendelspannung die Anode immer weniger Elektronen erhält. Mit anderen Worten: Der Anodenstrom nimmt ab. Bei einem bestimmten Wert der negativen Ladung im Gitter kann der Anodenstrom sogar vollständig aufhören – alle Elektronen werden zur Kathode zurückgeführt, obwohl die Anode eine positive Ladung hat. Das Gitter mit seiner Ladung überwindet die Wirkung der Anodenladung. Und da das Gitter näher an der Kathode als an der Anode liegt, ist sein Einfluss auf den Elektronenfluss viel stärker. Es reicht aus, die Spannung am Gitter nur geringfügig zu ändern, damit sich der Anodenstrom stark ändert. Die gleiche Änderung des Anodenstroms kann natürlich durch eine Änderung der Anodenspannung erreicht werden, wobei die Spannung am Netz unverändert bleibt. Um jedoch genau die gleiche Stromänderung im Anodenkreis zu erzielen, ist eine erhebliche Änderung der Anodenspannung erforderlich. Bei modernen Trioden bewirkt eine Änderung der Gitterspannung um ein oder zwei Volt die gleiche Änderung des Anodenstroms wie eine Änderung der Anodenspannung um mehrere zehn oder sogar Hunderte Volt.

Ein positiv geladenes Gitter stößt Elektronen nicht ab, sondern zieht sie an und beschleunigt dadurch ihre Bewegung (Abb. 10). Wenn Sie die positive Spannung im Netz schrittweise, beginnend bei Null, erhöhen, können Sie Folgendes beobachten. Zunächst unterstützt das Gitter sozusagen die Anode: Beim Herausfliegen aus der heißen Kathode erfahren die Elektronen eine stärkere Beschleunigungswirkung. Der Großteil der Elektronen fliegt auf dem Weg zur Anode aufgrund der Trägheit durch die Löcher im Gitter und landet im „Gitterraum“ im Feld der verstärkten Spannung der Anode. Diese Elektronen gelangen zur Anode. Einige der Elektronen treffen jedoch direkt auf das Gitter und bilden einen Gitterstrom. Wenn dann die positive Ladung des Gitters zunimmt, nimmt der Gitterstrom zu, d. h., eine zunehmende Anzahl von Elektronen aus dem gesamten Elektronenfluss wird vom Gitter zurückgehalten. Aber auch der Anodenstrom nimmt mit zunehmender Elektronengeschwindigkeit zu. Schließlich wird die gesamte Emission vollständig aufgebraucht, die Raumladung um die Kathode wird zerstört und der Anodenstrom steigt nicht mehr an. Es kommt zu einer Sättigung, die emittierten Elektronen werden zwischen der Anode und dem Gitter aufgeteilt, wobei die meisten von ihnen auf die Anode fallen. Wenn Sie die positive Spannung am Gitter noch weiter erhöhen, führt dies zu einem Anstieg des Gitterstroms, jedoch ausschließlich aufgrund einer Verringerung des Anodenstroms: Das Gitter fängt eine zunehmende Anzahl von Elektronen aus dem Elektronenfluss ab die Anode. Bei sehr hohen positiven Spannungen am Gitter (größer als die Spannung an der Anode) kann der Gitterstrom sogar den Anodenstrom übersteigen; das Gitter kann alle Elektronen von der Anode „abfangen“. Der Anodenstrom sinkt auf Null und der Gitterstrom steigt auf ein Maximum an, das dem Lampensättigungsstrom entspricht. Alle vom Glühfaden emittierten Elektronen landen auf dem Gitter.

Die charakteristischen Eigenschaften von Drei-Elektroden-Lampen werden durch eine grafische Darstellung der Abhängigkeit des Anodenstroms von der Gitterspannung bei konstant positiver Spannung an der Anode deutlich. Dieses Diagramm wird als Lampenkennlinie bezeichnet (Abb. 11). Bei einer negativen Spannung am Gitter stoppt der Anodenstrom vollständig; Dieser Moment wird im Diagramm markiert, indem das untere Ende der Kennlinie mit der horizontalen Achse zusammengeführt wird, entlang derer die Spannungswerte im Raster aufgetragen sind. In diesem Moment ist die Lampe „gesperrt“: Alle Elektronen werden vom Gitter zurück zur Kathode geleitet. Das Netz überwindet die Wirkung der Anode. Der Anodenstrom ist Null. Wenn die negative Ladung des Gitters abnimmt (Bewegung entlang der horizontalen Achse nach rechts), „entriegelt“ die Lampe: Es entsteht ein Anodenstrom, der zunächst schwach ist und dann immer schneller zunimmt. Der Graph rast nach oben und entfernt sich von der horizontalen Achse. Der Zeitpunkt, an dem die Netzladung auf Null gebracht wird, wird in der Grafik durch den Schnittpunkt der Kennlinie mit der vertikalen Achse markiert, entlang derer die Werte des Anodenstroms von Null aufwärts aufgetragen sind. Wir beginnen, die positive Ladung im Gitter allmählich zu erhöhen, wodurch der Anodenstrom weiter zunimmt und schließlich einen Maximalwert (Sättigungsstrom) erreicht, bei dem die Kennlinie abknickt und dann nahezu horizontal wird. Die gesamte Elektronenemission ist vollständig aufgebraucht. Eine weitere Erhöhung der positiven Ladung des Gitters führt nur zu einer Umverteilung des Elektronenflusses – immer mehr Elektronen werden vom Gitter zurückgehalten und dementsprechend fallen weniger davon auf die Anode. Typischerweise arbeiten Radioröhren nicht bei so hohen positiven Spannungen am Netz, weshalb der gestrichelte Abschnitt der Anodenstromkennlinie vernachlässigt werden kann. Beachten Sie die Charakteristik, die am Schnittpunkt der Achsen beginnt. Dies ist ein Merkmal des Netzstroms. Ein negativ geladenes Gitter zieht keine Elektronen an und der Gitterstrom ist Null. Wenn die positive Spannung im Netz zunimmt, steigt der Strom in seinem Stromkreis, wie die Grafik zeigt. Bisher sind wir von einer konstanten Spannung an der Anode ausgegangen. Wenn diese Spannung jedoch zunimmt, nimmt der Anodenstrom zu, und wenn er abnimmt, nimmt er ab. Dies führt dazu, dass nicht eine, sondern mehrere Kennlinien entfernt und daher gezeichnet werden müssen – eine für jeden ausgewählten Wert der Anodenspannung. Daraus ergibt sich eine Kennlinienschar (Abb. 12), in der die Kennlinien, die höheren Anodenspannungen entsprechen, links oben liegen. Über den größten Teil seiner Länge sind die Merkmale parallel. Es gibt also zwei Möglichkeiten, die Größe des Anodenstroms zu beeinflussen: durch Änderung der Spannung am Gitter und durch Änderung der Spannung an der Anode. Die erste Möglichkeit erfordert weniger Änderungen, da das Gitter näher an der Kathode als an der Anode liegt und daher Änderungen seines Potentials einen viel größeren Einfluss auf den Elektronenstrom haben. Der numerische Koeffizient, der angibt, wie oft der Einfluss des Gitters unter genau gleichen Bedingungen größer ist als der Einfluss der Anode, wird als Lampenverstärkung bezeichnet. Nehmen wir an, dass eine Erhöhung der Anodenspannung um 20 V den gleichen Effekt auf den Anodenstrom hat wie eine Änderung der Gitterspannung um nur 1 V. Dies bedeutet, dass diese Lampe so konstruiert ist, dass der Einfluss des Gitters auf den Anodenstrom 20-mal stärker ist als der Einfluss der Anode, d. h. die Verstärkung der Lampe beträgt 20. Wenn Sie den Wert der Verstärkung kennen, können Sie dies tun Schätzen Sie die Verstärkungseigenschaften der Lampe ab und bestimmen Sie, wie oft stärkere Schwingungen des elektrischen Stroms im Anodenkreis auftreten, wenn relativ schwache elektrische Schwingungen an das Gitter angelegt werden. Erst die Einführung eines Gitters in die Lampe ermöglichte die Schaffung eines Geräts, das elektrische Schwingungsströme verstärkt: Die zuvor untersuchten Dioden haben keine verstärkenden Eigenschaften. Für die Beurteilung der Eigenschaften einer Lampe ist die Steilheit (Steigung) der Kennlinie von entscheidender Bedeutung. Eine Lampe mit hoher Transkonduktanz reagiert sehr empfindlich auf Änderungen der Gitterspannung: Es reicht aus, die Gitterspannung nur in einem sehr kleinen Ausmaß zu ändern, damit sich der Anodenstrom innerhalb erheblicher Grenzen ändert. Die Steigung wird quantitativ anhand der Änderung des Anodenstroms in Milliampere geschätzt, wenn sich die Gitterspannung um 1 Volt ändert.

Die Kathode in einer Radioröhre ist ein dünner Metalldraht (Faden), der durch Strom erhitzt wird. Wenn ein solcher Glühfaden mit Gleichstrom erhitzt wird, ist die Emission von Elektronen streng konstant. Aber fast alle modernen Rundfunkempfänger sind für den Betrieb mit Wechselstrom ausgelegt, und der Glühfaden kann mit diesem Strom nicht erhitzt werden, da sich die Elektronenemission ändert und „pulsiert“. Aus dem Lautsprecher ist ein Wechselstrombrummen zu hören – ein unangenehmes Brummen, das das Hören der Sendung erschwert. Natürlich wäre es möglich, den Wechselstrom zunächst mithilfe einer Diode gleichzurichten und in Gleichstrom umzuwandeln, wie dies zur Stromversorgung der Anodenkreise geschieht – darüber haben wir bereits gesprochen. Es wurde jedoch eine viel einfachere und effektivere Methode gefunden, die es ermöglicht, Gleichstrom zum Erhitzen der Kathode zu verwenden. Ein Wolframfaden – eine Heizung – wird in die Kanäle eines dünnen und langen Porzellanzylinders gelegt. Der Faden wird durch Wechselstrom erhitzt und seine Wärme wird auf einen Porzellanzylinder und ein darüber gelegtes Nickel-„Gehäuse“ übertragen (Abb. 13), auf dessen Außenfläche sich eine dünne Schicht aus Alkalimetalloxiden (Strontium, Barium, Cäsium usw.) angewendet wird. Diese Oxide zeichnen sich durch ihr hohes Emissionsvermögen bereits bei relativ niedrigen Temperaturen (ca. 600 Grad) aus. Diese Oxidschicht ist die Quelle der Elektronen, also die Kathode selbst. Der Kathodenausgang des Kolbens ist mit einem Nickel-„Gehäuse“ verbunden und es besteht keine elektrische Verbindung zwischen der Kathode und dem beheizten Glühfaden. Das gesamte beheizte Gerät hat eine relativ große Masse, die bei schnellen Wechselstromänderungen keine Zeit hat, Wärme zu verlieren. Dadurch ist die Emission absolut konstant und im Empfänger ist kein Hintergrund zu hören. Die thermische Trägheit der Kathoden der Lampen im Empfänger ist jedoch der Grund dafür, dass der eingeschaltete Empfänger nicht sofort zu arbeiten beginnt, sondern erst, wenn sich die Kathoden erwärmen. Die Gitter in modernen Lampen haben meist die Form von Drahtspiralen: „dichtes Gitter“ – die Windungen der Spiralen liegen näher beieinander, „spärliches Gitter“ – die Abstände zwischen den Windungen werden vergrößert. Je dichter das Gitter ist, desto größer ist unter sonst gleichen Bedingungen sein Einfluss auf den Elektronenfluss, desto größer ist der Gewinn der Lampe.

Im Jahr 1913 erhöhte Langmuir die Anzahl der Elektroden in der Lampe auf vier und schlug vor, ein weiteres Gitter in den Raum zwischen Kathode und Gitter einzuführen (Abb. 14). So entstand die erste Tetrode – eine Vier-Elektroden-Lampe mit zwei Gittern, einer Anode und einer Kathode. Das Gitter, das Langmuir näher an der Kathode platzierte, wird Kathodengitter genannt, und das „alte“ Gitter wurde Kontrollgitter genannt, da das Kathodengitter nur eine Hilfsrolle spielt. Mit seiner kleinen positiven Spannung, die es von einem Teil der Anodenbatterie erhält, beschleunigt das Kathodengitter den Elektronenfluss zur Anode (daher ein anderer Name für das Gitter – Beschleunigung) und „löst“ die Elektronenwolke um die Kathode herum auf. Dies ermöglichte den Einsatz der Lampe auch bei relativ niedrigen Spannungen an der Anode. Unsere Industrie produzierte einst eine Zweigitterlampe vom Typ MDS (oder ST-6), in deren Pass angegeben war: Betriebsanodenspannung 8-20 V. Die damals gebräuchlichsten Mikrolampen (PT-2) arbeiteten normalerweise mit viel höheren Spannungen – in der Größenordnung von 100 V. Lampen mit Kathodengitter fanden jedoch keine Verbreitung, da stattdessen bald noch fortschrittlichere Lampen vorgeschlagen wurden. Darüber hinaus hatten die „doppelten Gitter“ einen erheblichen Nachteil: Das positiv geladene Kathodengitter entzog dem Gesamtfluss sehr viele Elektronen, was einer Verschwendung dieser Elektronen gleichkam. Obwohl die Möglichkeit, mit niedrigen Anodenspannungen zu arbeiten, attraktiv war, stand dem eine große Stromverschwendung gegenüber – es gab keinen greifbaren Vorteil. Doch die Einführung des zweiten Gitters war für die Konstrukteure von Radioröhren ein Signal: Die „Ära“ der Mehrelektrodenröhren hatte begonnen.

Ich hatte mit einem unangenehmen Phänomen bei abgeschirmten Lampen zu kämpfen. Tatsache ist, dass Elektronen, die auf die Oberfläche der Anode treffen, sogenannte Sekundärelektronen aus dieser herausschlagen können. Dabei handelt es sich naturgemäß um dieselben Elektronen, die jedoch nicht durch Erhitzen (wie bei der Kathode), sondern durch Elektronenbeschuss von der Metalloberfläche freigesetzt werden. Eine bombardierende Elektrode kann mehrere Sekundärelektronen herausschlagen. Es stellt sich heraus, dass die Anode selbst zur Elektronenquelle wird (Abb. 16). In der Nähe der Anode befindet sich ein positiv geladenes Abschirmgitter, und Sekundärelektronen, die mit geringer Geschwindigkeit austreten, können von diesem Gitter angezogen werden, wenn die Spannung am Gitter zu irgendeinem Zeitpunkt größer als die Spannung an der Anode ist. Genau das passiert, wenn in der letzten Stufe der Niederfrequenzverstärkung eine abgeschirmte Röhre verwendet wird. Die Sekundärelektronen strömen auf das Abschirmgitter zu und erzeugen einen Rückstrom in der Lampe, wodurch der Betrieb der Lampe vollständig unterbrochen wird. Dieses unangenehme Phänomen wird Dynatron-Effekt genannt. Aber es gibt eine Möglichkeit, dieses Phänomen zu bekämpfen. Im Jahr 1929 Es erschienen die ersten Lampen mit fünf Elektroden, von denen zwei die Anode und die Kathode waren und die restlichen drei Gitter waren. Aufgrund der Anzahl der Elektroden werden diese Lampen Pentoden genannt. Das dritte Geflecht wird im Raum zwischen dem Abschirmgeflecht und der Anode platziert, d. h. es ist der Anode am nächsten. Es ist direkt mit der Kathode verbunden und hat daher das gleiche Potenzial wie die Kathode, also negativ gegenüber der Anode. Dadurch führt das Gitter Sekundärelektronen zurück zur Anode und verhindert so den Dynatron-Effekt. Daher der Name dieses Gitters – Schutz- oder Anti-Dynatron. Pentoden sind Trioden in vielen Eigenschaften überlegen. Sie werden zur Verstärkung hoch- und niederfrequenter Spannungen eingesetzt und eignen sich hervorragend für die Endstufe.

Die Zunahme der Anzahl der Gitter in der Lampe endete nicht bei der Pentode. Die Reihe „Diode“ – „Triode“ – „Tetrode“ – „Pentode“ wurde durch einen weiteren Vertreter der Röhrenfamilie ergänzt – die Hexode. Dabei handelt es sich um eine Lampe mit sechs Elektroden, davon vier Gitter (Abb. 17). Es wird in Hochfrequenzverstärkungs- und Frequenzumwandlungsstufen in Superheterodynempfängern eingesetzt. Typischerweise schwankt die Stärke der an der Antenne ankommenden Funksignale, insbesondere bei Kurzwellen, innerhalb sehr erheblicher Grenzen. Die Signale nehmen entweder zu oder verblassen schnell (Fading-Phänomen). Der Hexode ist so konzipiert, dass er die Verstärkung automatisch schnell ändert: Er verstärkt schwache Signale stärker, starke Signale schwächer. Dadurch wird die Hörbarkeit angeglichen und auf annähernd gleichem Niveau gehalten. Die Automatisierung der Aktion wird dadurch erreicht, dass sich die Potentiale auf den Gittern im Takt mit Änderungen in der Stärke der empfangenen Signale ändern. Diese Hexode wird Fading-Hexode genannt. Bei herkömmlichen Empfängern findet eine solche Verstärkungsregelung ebenfalls statt, erfolgt jedoch über Pentoden mit einem verlängerten unteren Teil der Kennlinie, bei denen die Steigung einen gleichmäßig variierenden Wert hat. Man nennt solche Pentoden
"Ich koche."

Die zweite Kategorie von Hexodes sind Mischhexoden. Bei Superheterodynempfängern wird das empfangene Signal zunächst in der Frequenz abgesenkt und dann verstärkt. Diese Reduzierung bzw. Frequenzumwandlung kann wie bisher auch mit Trioden erfolgen. Das Mischen von Hexodes erfüllt diese Funktion jedoch effizienter. In unserer Praxis des Rundfunkempfangs werden für diese Funktion andere Lampen mit noch mehr Gittern verwendet. Dabei handelt es sich um Pentagrids (Fünf-Gitter-Lampen) oder, wie sie auch genannt werden, Heptoden (Sieben-Elektroden-Lampen). Zu dieser Lampenkategorie gehören Lampen vom Typ 6A8 und 6L7. Zur Frequenzumwandlung in Superheterodynempfängern wird auch eine Sechsgitterlampe (acht Elektroden) – eine Oktode – verwendet. Im Gegensatz zu einem Pentagrid ist eine Oktode eine Kombination aus einer Triode und einer Pentode (während ein Pentagrid eine Triode mit einer Tetrode ist). Da die Oktode später als das Pentagrid erscheint, ist sie ihrem Vorgänger qualitativ überlegen.

Doch nicht nur in Richtung „Raster“ haben sich Lampen in den letzten Jahren weiterentwickelt. Wir haben bereits früher über die Platzierung von zwei „elektrischen Ventilen“ in einem gemeinsamen Kolben gesprochen und dabei auf die Vorrichtung einer Doppeldiode vom Typ 6X6 eingegangen. Kombinationen wie Dioden-Triode, Doppel-Trioden, Doppel-Dioden-Trioden (DDT), Doppel-Dioden-Pentoden (DDP), Trioden-Hexoden usw. sind mittlerweile weit verbreitet. Meist verfügen solche Kombilampen über eine gemeinsame Kathode. Die Funktion einer Lampe ähnelt der Funktion mehrerer einfacherer Lampen. Beispielsweise ist eine 6N7-Lampe eine Doppeltriode – zwei separate Trioden in einer gemeinsamen Glühbirne, eine Art Zwillinge. Diese Lampe ersetzt erfolgreich zwei Triodenlampen und kann entweder in einem zweistufigen Widerstandsverstärker oder in einer Gegentaktschaltung verwendet werden, für die sie eigentlich gedacht ist. Nach der Detektion, die in Superheterodynempfängern meist über Dioden erfolgt, muss eine Verstärkung durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird nun eine Verstärkertriode mit einer Detektordiode in einen gemeinsamen Kolben gegeben: So entstanden die Diodentrioden. Bei Superheterodyn-Empfängern ist es für die automatische Lautstärkeregelung (AVG) erforderlich, einen Gleichstrom zu erhalten, dessen Wert sich zeitlich mit der Stärke der empfangenen Signale ändert. Für diese Zwecke könnte eine separate Diode verwendet werden, es stellte sich jedoch heraus, dass es möglich war, sie in einem Dioden-Trioden-Kolben unterzubringen. Daher wurden in einer Lampe drei Lampen untergebracht: zwei Dioden und eine Triode, und die Lampe wurde Doppeldioden-Triode genannt. Auf die gleiche Weise entstanden die Pentodendiode, die Hexodentriode usw. Die Lampe vom Typ 6L6 unterscheidet sich etwas von anderen Lampen. Dies ist eine sehr interessante Lampe: Sie hat keine Elektrode, aber sie ist sozusagen angedeutet. Einerseits handelt es sich bei dieser Lampe offensichtlich um eine Tetrode, da sie nur über vier Elektroden verfügt: eine Kathode, eine Anode und zwei Gitter, von denen eines der Steuerung und das andere der Abschirmung dient. Aber andererseits ist 6L6 eine Pentode, weil sie alle ihre Eigenschaften und sehr positive Eigenschaften hat. Die Rolle des für die Pentode obligatorischen Schutzgitters übernimmt bei der 6L6-Lampe ... der Leerraum, eine künstlich geschaffene Zone zwischen der Anode und dem Abschirmgitter (Abb. 18). In dieser Zone entsteht ein Nullpotential, genau so, wie es das Schutzgitter hätte, wenn es in dieser Lampe vorhanden wäre. Um eine solche Zone zu schaffen, mussten gestalterische Änderungen vorgenommen werden. Insbesondere liegt die Anode weiter vom Schutzgitter entfernt. Die „imaginäre Elektrode“ wirkt wie das Schutzgitter auf Sekundärelektronen und verhindert zudem das Auftreten des Dynatron-Effekts. Die Elektronen in dieser Lampe wandern wie in getrennten Strahlen von der Kathode zur Anode und passieren die Räume zwischen den Windungen der Gitter; daher der Name der Lampe – Balken. Die Windungen der Gitter sind so angeordnet, dass das Abschirmgitter im „elektronischen Schatten“ liegt, der durch die Windungen des Steuergitters entsteht, die der Kathode am nächsten liegen. Dadurch zieht das Abschirmgitter relativ wenige Elektronen an sich und der Emissionsstrom wird fast vollständig für den Anodenkreis aufgewendet. An den seitlichen Schmalseiten der Kathode verfügt die Lampe über mit der Kathode verbundene Metallabschirmungen, wodurch Elektronen nur von bestimmten Seiten zur Anode gelangen, wo ein gleichmäßiges elektrisches Feld entsteht. Es gibt keine „elektronischen Wirbel“, was sich in der Abwesenheit von Verzerrungen beim Betrieb der Lampe widerspiegelt. Ray-Lampen haben einen hohen Wirkungsgrad und können eine sehr hohe Ausgangsleistung liefern. Es genügt zu sagen, dass zwei solcher Lampen in einer Gegentaktschaltung unter bestimmten Bedingungen eine Nutzleistung von bis zu 60 W liefern können.

Lampen werden nicht nur elektrisch, sondern auch rein konstruktiv verbessert. Die ersten Radioröhren unterschieden sich optisch kaum von elektrischen Lampen und leuchteten fast genauso. Viele erinnern sich noch an die ersten Radioröhren, die unser Landsmann Prof. A. A. Chernyshev und Prof. M. A. Bonch-Bruevich. In den letzten Jahren hat sich das Erscheinungsbild der Radioröhre stark verändert. Unser heimisches wissenschaftliches Denken hat einen großen Beitrag zur Entwicklung neuer Lampentypen und zur Verbesserung bereits hergestellter Lampen geleistet. Es genügt, auf die Arbeit des Teams des Stalin-Preisträgers und Ordensträgers Prof. Dr. S. A. Vekshinsky. Zur großen Überraschung unerfahrener Funkamateure hörte die Radioröhre zunächst auf zu leuchten und war nur noch ihrer eigentlichen Aufgabe gewidmet. Dann wurde die Konfiguration des Zylinders wiederholt geändert. Es erschienen kleine Lampen, etwas mehr als halb so groß wie ein kleiner Finger. Für Laborfunkgeräte wurden Lampen hergestellt, die in Größe und Form Eicheln ähnelten. Heutzutage sind Metalllampen weit verbreitet, die man irgendwie nicht als Lampen bezeichnen kann, da sie überhaupt nicht leuchten. Das Ersetzen eines Glaszylinders durch einen Metallzylinder (Stahl) ist kein einfacher Ersatz: Metalllampen unterscheiden sich vorteilhaft von Glaslampen durch ihre geringen Abmessungen (eine 6X6-Lampe hat beispielsweise nur die Größe einer Walnuss), Haltbarkeit und gute elektrische Abschirmung (keine Notwendigkeit, sperrige Abschirmungen anzubringen, wie bei Glaslampen), kleinere Zwischenelektrodenkapazitäten usw. Metalllampen haben jedoch auch Nachteile, von denen die starke Erwärmung des Metallkolbens besonders bei Kenotrons von großer Bedeutung ist.

Heutzutage sind viele Arten von Lampen in zwei Ausführungen erhältlich: Metall und Glas. Die Verwendung eines „Schlüssels“ am Lampenschaft erleichtert das Einsetzen der Lampe in die Fassung. Konnte man früher mit den falschen Stiften versehentlich die Fassungen der Fassung berühren, wodurch die kurz spektakulär blinkende Lampe aufgrund des durchgebrannten Glühfadens dauerhaft außer Betrieb war, ist nun ein Einsetzen unmöglich Drehen Sie die Lampe, bis sich die Stifte in der richtigen Position befinden. Fehler, die zur Zerstörung der Lampe führen, sind ausgeschlossen. Die Lampentechnologie wird ständig verbessert. Sein Niveau bestimmt den Fortschritt der Funktechnik.

U a an der Anode. Entlang der horizontalen Achse sind die Spannungswerte im Netz in Volt aufgetragen: Negative Spannungen liegen links von Null, positive Spannungen rechts. Auf der vertikalen Achse sind die Werte des Anodenstroms in Milliampere von Null nach oben aufgetragen. Wenn Sie die Kennlinie der Lampe vor sich haben (Abb. 19), können Sie schnell bestimmen, wie groß der Anodenstrom bei jeder Spannung am Gitter ist: bei U g = 0, zum Beispiel i a =i a0 = 8,6 mA . Wenn Sie an Daten bei anderen Anodenspannungen interessiert sind, zeichnen Sie nicht eine Kennlinie, sondern mehrere: für jeden Wert der Anodenspannung separat. Die Kennlinien für niedrigere Anodenspannungen befinden sich rechts und für höhere links. Daraus ergibt sich ein Kennlinienfeld, anhand dessen Sie die Parameter der Lampe bestimmen können.

Wir machen die Spannung am Netz positiv U g = + SV. Was ist mit dem Anodenstrom passiert? Es stieg auf 12 mA (Abb. 20). Das positiv geladene Gitter zieht Elektronen an und „drückt“ sie dadurch zur Anode. Je größer die positive Spannung am Gitter ist, desto größer ist ihre Wirkung auf den Elektronenfluss, was zu einem Anstieg des Anodenstroms führt. Es kommt jedoch ein Moment, in dem der Anstieg langsamer wird, die Kennlinie einen Knick bekommt (obere Krümmung) und schließlich der Anodenstrom ganz aufhört anzusteigen (horizontaler Abschnitt der Kennlinie). Dies ist Sättigung: Alle von der Glühkathode emittierten Elektronen werden ihr durch Anode und Gitter vollständig entzogen. Bei gegebener Anodenspannung und Glühfadenspannung kann der Anodenstrom der Lampe nicht größer werden als der Sättigungsstrom i s.

Wir machen die Spannung am Gitter negativ und bewegen uns in den Bereich links von der vertikalen Achse, in den „linken Bereich“. Je größer die negative Spannung am Gitter ist, je weiter links, desto geringer wird der Anodenstrom. Bei U g = - 4 V sinkt der Anodenstrom auf i a = 3 mA (Abb. 21). Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass das negativ geladene Gitter Elektronen zurück zur Kathode abstößt und sie so daran hindert, zur Anode zu gelangen. Bitte beachten Sie, dass sich am unteren Rand der Kennlinie ebenfalls eine Biegung wie am oberen Rand befindet. Wie aus dem Folgenden deutlich wird, beeinträchtigt das Vorhandensein von Biegungen die Leistung der Lampe erheblich. Je linearer die Kennlinie, desto besser ist die Verstärkerröhre.

Machen wir die negative Spannung am Gitter so groß, dass das Gitter alle Elektronen von sich selbst zurück zur Kathode drückt, ohne dass sie überhaupt zur Anode gelangen können. Der Elektronenfluss wird unterbrochen, der Anodenstrom wird auf Null gesetzt. Die Lampe ist „verriegelt“ (Abb. 22). Die Spannung am Netz, bei der die Lampe „blockiert“ wird, wird „Sperrspannung“ genannt (angezeigt durch U gzap). Für die Kennlinie haben wir U gzap = - 9v angenommen. Sie können die Lampe „entsperren“, indem Sie die negative Spannung am Gitter verringern oder die Anodenspannung erhöhen.

Durch Einstellen einer konstanten Spannung an der Anode kann man den Anodenstrom i a von Null (i a = 0) auf Maximum (i a = i s) ändern, indem man die Spannung am Gitter im Bereich von U g West bis U g ändert (Abb. 23). Da sich das Gitter näher an der Kathode als an der Anode befindet, reicht es aus, die Gitterspannung nur geringfügig zu ändern, um den Anodenstrom deutlich zu ändern. In unserem Fall reicht es aus, die Netzspannung nur um 14,5 V zu ändern, um den Anodenstrom vom Maximum auf Null zu reduzieren. Der Einfluss der Gitterspannung auf den Elektronenfluss ist eine äußerst praktische Möglichkeit, die Menge des elektrischen Stroms zu steuern, insbesondere wenn man bedenkt, dass dieser Effekt augenblicklich und ohne Trägheit erfolgt.

Wir werden die Spannung im Netz gleichmäßig und kontinuierlich ändern, sodass sie entweder positiv oder negativ wird. Dazu legen wir an das Netz eine Wechselspannung U mg1 an, die sogenannte Lampenerregerspannung. Auf der vertikalen Zeitachse t ist diese Spannung (Sinuswelle) vom Nullpunkt absteigend aufgetragen. Der Anodenstrom pulsiert – er nimmt periodisch zu und ab mit einer Frequenz, die der Frequenz der Erregerspannung entspricht. Auf der horizontalen Zeitachse t ist rechts neben der Kennlinie der Verlauf der Anodenstrompulsationen aufgetragen, der in seiner Form den Verlauf der Erregerspannung wiederholt. Je größer der Wert von U mg1 ist, desto größer ist der Änderungsbereich des Anodenstroms (vergleiche U mg1 und I m a1 mit U mg 2 und I m a2) (Abb. 24). Punkt a auf der Kennlinie, der der durchschnittlichen Spannung am Netz und dem Ruhestrom im Anodenkreis entspricht: wird als Arbeitspunkt bezeichnet.

Was passiert, wenn der Widerstand R a im Anodenkreis der Lampe enthalten ist (Abbildung links)? Durch sie fließt der Anodenstrom i a, wodurch an ihr ein Spannungsabfall U Ra auftritt, der mit der Frequenz der Erregerspannung pulsiert. Die pulsierende Spannung besteht bekanntlich aus zwei Termen: konstant (in unserem Fall U Ra) und variabel (U ma). Bei richtig gewähltem Wert der Variable R a ist der Anodenspannungsterm U ma bei Spannungsverstärkern größer als U m g , d. h. die Wechselspannung wird verstärkt. Das Verhältnis von U ma zu U m g wird als Schaltungsverstärkung bezeichnet. Wenn die von einer Lampe erzeugte Verstärkung nicht ausreicht, wird die von der ersten Lampe verstärkte Spannung an die zweite Lampe und von der zweiten an die dritte usw. angelegt. Auf diese Weise wird eine Kaskadenverstärkung durchgeführt (Abb. 25). Die Abbildung rechts zeigt stark vereinfachte Schaltungen dreistufiger Verstärker: oben – an Widerständen und unten – an Transformatoren.

In Abb. 26 zeigt die gleiche Lampencharakteristik wie in FIG. 24, nur ohne die oberen und unteren glatten Falten. Dies ist ein idealisiertes Merkmal. Vergleichen Sie Feigen. 24 und 26 und Sie werden sehen, wozu das Vorhandensein von Biegungen in einer realen Kennlinie führt. Sie verursachen Verzerrungen im Anodenkreis der verstärkten Schwingungskurvenform, und diese Verzerrungen sind inakzeptabel, insbesondere wenn sie groß sind. Ein Lautsprecher, der an einen mit Verzerrung arbeitenden Verstärker angeschlossen ist, erzeugt heisere Töne, Sprache wird unverständlich, Gesang wird unnatürlich usw. Solche Verzerrungen, die durch die Nichtlinearität der Röhrencharakteristik verursacht werden, werden als nichtlinear bezeichnet. Sie existieren überhaupt nicht, wenn die Kennlinie streng linear ist: Hier wiederholt der Graph der Anodenstromschwankungen genau den Graphen der Spannungsschwankungen im Netz.

Die Eigenschaften der meisten Verstärkerröhren sind im Mittelteil eindeutig. Die Schlussfolgerung liegt nahe: Nutzen Sie nicht die gesamte Charakteristik der Lampe samt Biegungen, sondern nur deren geraden Mittelteil (Abb. 27). Dadurch wird die Verstärkung von nichtlinearen Verzerrungen befreit. Um dies zu erreichen, sollte die Spannung im Netz -U g 1 in Richtung negativer Werte und +U g 2 in Richtung positiver Werte nicht überschreiten. Die Größe des Anodenstroms schwankt innerhalb enger Grenzen: nicht von i a =0 bis i a =i g (Abb. 23), sondern von i al bis 1 a 2. Innerhalb dieser Grenzen ist die Lampenkennlinie völlig linear, es treten keine Verzerrungen auf, die Lampe wird jedoch nicht bis an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit ausgenutzt, ihr Wirkungsgrad ist gering. In Fällen, in denen eine unverzerrte Verstärkung erforderlich ist, muss man diesen Umstand in Kauf nehmen.

Leider ist die Angelegenheit nicht auf nichtlineare Verzerrungen beschränkt. In Momenten, in denen das Gitter positiv geladen ist, zieht es Elektronen an sich und zieht so einen bestimmten Betrag vom Gesamtstrom ab, der zur Anode geleitet wird. Dadurch entsteht im Netzstromkreis ein Netzstrom. Der Anodenstrom nimmt um den Betrag des Gitterstroms ab, und dieser Rückgang ist umso ausgeprägter, je größer die positive Spannung am Gitter ist. Dadurch werden bei positiven Netzspannungsimpulsen wiederum Verzerrungen in der Form des Anodenstroms erkannt. Sie können diese Verzerrungen beseitigen: Während des Verstärkungsprozesses sollte die Spannung am Netz niemals positiv sein und noch besser, wenn sie überhaupt nicht Null erreicht (Abb. 28). Es muss immer negativ gehalten werden, sonst gibt es überhaupt keinen Netzstrom. Diese Anforderung führt zu einer noch stärkeren Reduzierung der Länge des verwendeten Teils der Kennlinie: rechts von der VG-Linie – Netzströme, links von der AB-Linie – nichtlineare Verzerrungen. MN – dies ist der Abschnitt der Kennlinie, bei dessen Verwendung Sie Verzerrungen in der Lampe vollständig beseitigen können; und gleichzeitig gibt es noch weniger davon.

Aber wie nutzt man die MN-Site? Wenn nur die Erregerspannung U mg an das Netz angelegt wird, wie in Abb. 24 und 26, dann ist der Eintritt in den richtigen Bereich, in den Bereich der Netzströme, unvermeidlich. Legen wir zunächst eine konstante negative Spannung U g0 an das Gitter an, deren Größe so groß ist, dass sich der Arbeitspunkt a entlang der Kennlinie nach links verschiebt und genau in der Mitte des MN-Abschnitts landet (Abb. 29). Anschließend legen wir die Erregerspannung U mg an das Netz an. Der Eintritt in den rechten Bereich wird ausgeschlossen, wenn der Wert von U mg U g0 nicht überschreitet, d. h. wenn U mg< U g0 . Работая при таких условиях, лампа не будет вносить искажений. Этот режим работы лампы получил название режима А. Батарея, напряжение которой смещает по характеристике рабочую точку, называется батареей смещения, a ее напряжение U g0 - напряжением смешения.

Unter anderen niederfrequenten Verstärkungsmodi ist Modus A der unwirtschaftlichste: Nur in einigen Fällen erreicht der Wirkungsgrad 30–35 %, im Allgemeinen wird er jedoch auf dem Niveau von 15–20 % gehalten. Aber dieser Modus ist der „sauberste“, der Modus mit der geringsten Verzerrung. Es wird häufig und hauptsächlich in Verstärkerstufen mit geringer Leistung (bis zu 10–20 W) verwendet, bei denen der Wirkungsgrad nicht besonders wichtig ist. Bei Verstärkerröhren mit steiler Kennlinie ist die untere Biegung relativ kurz. Unter Vernachlässigung der Einführung geringfügiger nichtlinearer Verzerrungen (übrigens beim Hören eines Tonprogramms völlig nicht wahrnehmbar) ist es möglich, einen sparsameren Einsatz der Lampe zu ermöglichen und die untere Biegung in den Arbeitsbereich der MN-Kennlinie einzubeziehen (Abb . 30). Dieser Lampenmodus behält weiterhin die Bezeichnung Modus A.

In Lehrbüchern findet man die folgende Definition des Klasse-A-Verstärkungsmodus: Dies ist ein Modus, in dem die Lampe arbeitet, ohne den Anodenstrom zu unterbrechen. In Abb. 31 zeigen wir, was Cutoff ist. Die Erregerspannung U mg ist so hoch, dass während eines Teils der Periode U mg die Lampe vollständig ausgeschaltet ist und der Strom durch die Lampe stoppt. Die unteren Teile der Anodenstromkurve werden nicht wiedergegeben und sind sozusagen abgeschnitten – daher der Name „Cut-off“. Die Abschaltung kann nicht nur von unten, sondern auch von oben erfolgen (obere Abschaltung, Abb. 28), wenn der Anodenstromimpuls den Sättigungsstrom der Lampe überschreitet. Modus A ist also ein Verstärkungsmodus ohne Abschaltung. Geleitet von dieser Definition könnten wir diesem Regime die in Abb. grafisch dargestellten Prozesse zuordnen. 24 (bei U mg2), Abb. 26 (dasselbe bei U mg2), Abb. 29 und 30. Aber wir wiederholen, Modus A ist ein Modus ohne Verzerrung: Diese Bedingung wird nur durch den in Abb. dargestellten Prozess vollständig erfüllt. 29.

Eine im Modus A arbeitende Push-Pull-Verstärkerschaltung, auch Push-Pull-Schaltung genannt (von den englischen Wörtern „push“ – push und „pul“ – pull), hat sich weit verbreitet. Diese Schaltung verwendet nicht eine, sondern zwei identische Lampen. Die Erregerspannung wird so angelegt, dass bei positiver Ladung eines Gitters das andere negativ geladen wird. Aus diesem Grund geht eine Erhöhung des Anodenstroms einer Lampe mit einer gleichzeitigen Verringerung des Stroms der anderen Lampe einher. Aber die Stromimpulse im Anodenkreis summieren sich und es entsteht ein resultierender Wechselstrom, der dem Doppelten des Stromwerts eines Vamps entspricht, d. h. i ma = i ma 1 + i ma 2. Dies kann man sich viel besser vorstellen, wenn man eine Kennlinie invertiert unter die andere stellt: Es wird sofort deutlich, wie sich die Spannung U mg („Swing“) auf die Ströme in den Lampen auswirkt (Abb. 32). Eine Push-Pull-Schaltung arbeitet wirtschaftlicher und mit weniger nichtlinearen Verzerrungen als eine Single-Cycle-Schaltung. Am häufigsten wird diese Schaltung in Endstufen (Ausgangsstufen) sowie in Verstärkern mittlerer und hoher Leistung verwendet.

Betrachten wir den folgenden Fall: Am Lampengitter liegt eine Mischspannung U g0 =U gzap an. Dadurch wird der Arbeitspunkt ganz unten in der Kennlinie platziert. Die Lampe ist verriegelt, ihr Gesamtstrom im Ruhezustand ist Null. Wird unter solchen Bedingungen die Erregerspannung U mg an die Lampe angelegt, so treten im Anodenkreis Stromimpulse I ma in Form von Halbperioden auf. Mit anderen Worten, die Kurve der verstärkten Schwingungen U mg wird bis zur Unkenntlichkeit verzerrt: Die gesamte untere Hälfte wird abgeschnitten (Abb. 33). Dieser Modus scheint für die Verstärkung niedriger Frequenzen völlig ungeeignet zu sein – die Verzerrung ist zu groß. Aber warten wir mit der Schlussfolgerung über die Ungeeignetheit ab.

Begradigen wir die untere Falte des Merkmals (Abb. 33) und verwandeln Sie das reale Merkmal in ein idealisiertes, völlig gerades Merkmal (Abb. 34). Nichtlineare Verzerrungen aufgrund des Vorhandenseins der unteren Biegung verschwinden, es bleibt jedoch ein Schnitt der Hälfte der Kurve der verstärkten Schwingungen bestehen. Wenn dieser Nachteil beseitigt oder kompensiert werden könnte, könnte dieser Modus zur Verstärkung niedriger Frequenzen verwendet werden. Der Vorteil: In Pausen, wenn die Erregerspannung U mg nicht anliegt, ist die Lampe gesperrt und verbraucht keinen Strom aus der Anodenspannungsquelle. Aber wie kann man das Abschneiden der Hälfte der Kurve beseitigen oder kompensieren? Nehmen wir nicht eine Lampe, sondern zwei und lassen sie abwechselnd arbeiten: eine – von einer Halbwelle der Erregerspannung und die andere – von einer anderen, die auf die erste folgt. Wenn eine Lampe „entriegelt“ wird, beginnt in diesem Moment die andere, sich zu „entriegeln“ und umgekehrt. Jede Lampe erzeugt einzeln ihre eigene Hälfte der Kurve, und ihre kombinierte Wirkung wird die gesamte Kurve reproduzieren. Die Verzerrung wird beseitigt. Doch wie schließt man die Lampen dafür an?

Natürlich gemäß der in Abb. gezeigten Gegentaktschaltung. 32. Nur das Gitter jeder der Lampen in diesem Stromkreis muss mit einer Vorspannung U g 0 =U gzap versorgt werden. Solange die Erregerspannung U mg nicht anliegt, sind beide Lampen „gesperrt“, ihre Anodenströme sind Null. Jetzt liegt jedoch die Spannung U mg an und die Lampen beginnen abwechselnd zu „entriegeln“ und „zu verriegeln“ (Abb. 35) und arbeiten in Impulsen und Stößen (daher der Name des Modus – Push-Push – „Push-Push“). ). Dies ist der Unterschied zwischen der Schaltung „ Push-Push“ und einer Push-Pull-Schaltung (Abb. 32), die im Modus A arbeitet. Im Push-Pull-Modus arbeiten die Lampen gleichzeitig, während im Push-Pull-Modus die Lampen gleichzeitig arbeiten. Im Pull-Modus arbeiten sie abwechselnd. Wenn die Eigenschaften der Lampen völlig eindeutig sind, die Lampen genau gleich sind und die Cutoffs für jede von ihnen richtig gewählt sind, gibt es absolut keine Verzerrung. Dieser Verstärkungsmodus gilt nur für Push- Pull-Schaltungen, wird Idealmodus B genannt.

Aber im realen Modus B mit realen Eigenschaften sind nichtlineare Verzerrungen aufgrund der unteren Biegung unvermeidlich. Dies zwingt in vielen Fällen dazu, auf Modus B zu verzichten, der im Allgemeinen der wirtschaftlichste aller Niederfrequenz-Verstärkungsmodi ist. Welcher Niederfrequenz-Verstärkungsmodus kann empfohlen werden? Modus A ist, wie wir jetzt wissen, nicht sehr wirtschaftlich und sein Einsatz in leistungsstarken Verstärkern ist nicht immer gerechtfertigt. Es eignet sich nur für Kaskaden mit geringer Leistung. Auch die Anwendungsfälle für Modus B sind begrenzt. Es gibt jedoch einen Modus, der eine Zwischenposition zwischen den Modi A und B einnimmt – das ist der AB-Modus. Bevor wir uns jedoch damit vertraut machen, weisen wir auf die akzeptierte Aufteilung der bestehenden Verstärkungsmodi hin. Wenn während des Verstärkungsvorgangs ein Eintrag in den Bereich der Netzströme, in den rechten Bereich, erfolgt, wird dem Namen des Modus der Index 2 hinzugefügt, wenn jedoch ohne Netzströme gearbeitet wird, der Index 1. So werden die Modi B 1 und B 2 unterschieden (Abb. 36), die Modi AB 1 und AB 2. Die Bezeichnungen A 1 und A 2 tauchen fast nie auf: Modus A ist ein Modus völlig ohne Verzerrungen und daher ohne Gitterströme. Einfach - Modus A.

Machen wir uns nun mit dem AB-Modus vertraut. In diesem Modus arbeiten die Lampen wie im Modus B mit einer Abschaltung des Anodenstroms, der Arbeitspunkt auf der Kennlinie liegt jedoch rechts und höher als im Modus B. In Pausen stoppt der Strom durch die Lampen nicht. obwohl sie nicht groß sind (i al und i a 2). Die Lage des RT-Arbeitspunkts wird durch folgende Bedingung bestimmt: Die resultierende ABVG-Kennlinie von Lampen, die in einer Gegentaktschaltung betrieben werden (für Single-Cycle-Schaltungen ist der AB-Modus in der Regel ungeeignet), sollte möglichst einfach sein. Gleichzeitig ist es wünschenswert, dass die Ströme i al und i a2 klein sind, da dies maßgeblich den Wirkungsgrad bestimmt. Diese Bedingungen werden durch die in Abb. 37 angegebene Lage des Arbeitspunkts RT erfüllt. Modus AB 2 ist mehr sparsamer als Modus AB 1 (Wirkungsgrad im Modus AB 2 erreicht 65 %, während er im Modus AB 1 nur 60 % beträgt); es wird in Kaskaden mit hoher Leistung verwendet - mehr als 100 W. In Kaskaden mit mittlerer Leistung - bis zu 100 W - AB Empfohlen wird der Modus 1. Die Verzerrung im Modus AB 2 ist deutlich größer als im Modus AB 1.

Schließlich ist noch ein weiterer Verstärkungsmodus bekannt – Modus C. Er zeichnet sich dadurch aus, dass der Arbeitspunkt in diesem Modus links von der Position auf der Gitterspannungsachse liegt, an der die Lampe „verriegelt“ ist. An das Lampengitter wird eine negative Mischspannung U g0 >U gzap angelegt. In Pausen ist die Lampe „gesperrt“ und nur „entriegelt“, um einen kurzzeitigen Stromimpuls durchzulassen, der weniger als die Hälfte der Periode Umg dauert. Normalerweise ist Umg betragsmäßig größer als Ug0, wodurch es in den Bereich der Netzströme gelangt und sogar einen oberen Grenzwert aufweist (wie in Abb. 38 für U mg2 dargestellt). Die Verzerrung im C-Modus ist so groß, dass dieser Modus für die Verstärkung niedriger Frequenzen ungeeignet ist. Aber es ist im Allgemeinen der wirtschaftlichste aller Modi (Wirkungsgrad bis zu 75–80 %) und wird daher zur Verstärkung hochfrequenter Schwingungen in Funkübertragungsgeräten verwendet, bei denen nichtlineare Verzerrungen nicht so wichtig sind wie bei niederfrequenten Verstärkungstechniken.

Eine Elektronenröhre ist ein elektrisches Vakuumgerät (elektrische Vakuumgeräte sind Geräte zur Erzeugung, Verstärkung und Umwandlung magnetischer Energie, bei denen der Arbeitsraum von Luft befreit und durch eine starre gasdichte Hülle vor der umgebenden Atmosphäre geschützt ist), die Wirkung von Dies basiert auf einer Änderung des Elektronenflusses (der von der Kathode aufgenommen und ins Vakuum geleitet wird) durch ein elektrisches Feld, das mithilfe von Elektroden erzeugt wird. Je nach Ausgangsleistungswert werden elektronische Röhren unterteilt Empfang und Verstärker Lampen(Ausgangsleistung - nicht mehr als 10 W) und Generator Lampen(über 10 W).

Die Verwendung einer Vakuumröhre als Hauptelement eines Computers führte zu vielen Problemen. Aufgrund der Tatsache, dass die Höhe der Glaslampe 7 cm beträgt, waren die Maschinen riesig. Alle 7-8 Min. Eine der Lampen war defekt, und da sich davon 15.000 bis 20.000 im Computer befanden, dauerte es lange, die beschädigte Lampe zu finden und auszutauschen. Zudem erzeugten sie enorme Wärmemengen und für den Betrieb eines damals „modernen“ Computers waren spezielle Kühlsysteme erforderlich.

Um die komplizierten Schaltkreise eines riesigen Computers zu verstehen, waren ganze Ingenieurteams erforderlich. In diesen Computern gab es keine Eingabegeräte, daher wurden die Daten durch Anschließen des gewünschten Steckers an die gewünschte Buchse in den Speicher eingegeben.

Beispiele für Maschinen der 1. Generation sind Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), die erste Maschine mit einem gespeicherten Programm. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Das erste Exemplar von Univac wurde dem US Census Bureau vorgelegt. Später entstanden viele verschiedene Univac-Modelle, die in verschiedenen Tätigkeitsbereichen Anwendung fanden. Damit war Univac der erste in Massenproduktion hergestellte Computer. Es war auch der erste Computer, der Magnetband anstelle von Lochkarten verwendete.

Als in der UdSSR bekannt wurde, dass die ENIAC-Maschine in den USA entwickelt wurde, begannen die Ukrainische Akademie der Wissenschaften und die Akademie der Wissenschaften der UdSSR mit der Entwicklung des ersten inländischen Betriebscomputers. Informationen über die Entwicklungen im Westen waren lückenhaft und natürlich war die Dokumentation der ersten Computer für unsere Spezialisten unzugänglich. Sergey Aleksandrovich Lebedev wurde zum Entwicklungsleiter ernannt. Die Entwicklung wurde in der Nähe von Kiew in einem geheimen Labor in der Stadt Feofania durchgeführt. Die Small Electronic Computing Machine (MESM) – so hieß die Idee von Lebedev und den Mitarbeitern seines Labors – nahm einen ganzen Flügel eines zweistöckigen Gebäudes ein und bestand aus 6.000 Elektronenröhren. Design, Installation und Fehlerbehebung wurden in Rekordzeit abgeschlossen – in zwei Jahren, mit der Hilfe von nur 12 Wissenschaftlern und 15 Technikern. Obwohl MESM im Wesentlichen nur ein Modell einer funktionierenden Maschine war, fand es sofort seine Benutzer: Eine Reihe von Mathematikern aus Kiew und Moskau standen Schlange für den ersten Computer, dessen Aufgaben den Einsatz eines Hochgeschwindigkeitscomputers erforderten. In seiner ersten Maschine implementierte Lebedev die Grundprinzipien des Computerbaus, wie zum Beispiel:

Ш Verfügbarkeit von Rechengeräten, Speicher, Ein-/Ausgabe- und Steuergeräten;
Ш Codierung und Speicherung des Programms im Speicher, wie Zahlen;
Ш binäres Zahlensystem zur Kodierung von Zahlen und Befehlen;
Ш automatische Ausführung von Berechnungen basierend auf einem gespeicherten Programm;
Ш Vorhandensein sowohl arithmetischer als auch logischer Operationen;
Ш hierarchisches Prinzip der Gedächtniskonstruktion;
Ш Verwendung numerischer Methoden zur Durchführung von Berechnungen.

Nach der kleinen elektronischen Maschine wurde die erste große elektronische Maschine geschaffen – BESM-1, über die S.I. Lebedew arbeitete bereits in Moskau, am ITM und VT der Akademie der Wissenschaften der UdSSR. Gleichzeitig mit ITM und VT und in Konkurrenz dazu beschäftigte sich die neu gegründete SKB-245 mit ihrem Strela-Rechner mit der Entwicklung von Computern.

BESM und Strela bildeten die Flotte des 1955 gegründeten Rechenzentrums der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, das sofort eine sehr schwere Last trug. Der Bedarf an (damals) ultraschnellen Berechnungen wurde von Mathematikern, Thermonuklearwissenschaftlern, den ersten Entwicklern der Raketentechnologie und vielen anderen gespürt. Als 1954 der BESM-RAM mit einer verbesserten Elementbasis ausgestattet wurde, lag die Geschwindigkeit der Maschine (bis zu 8.000 Operationen pro Sekunde) auf dem Niveau der besten amerikanischen Computer und die höchste in Europa. Lebedevs Bericht über BESM im Jahr 1956 auf einer Konferenz in der westdeutschen Stadt Darmstadt sorgte für echtes Aufsehen, da sich die wenig bekannte sowjetische Maschine als der beste europäische Computer herausstellte. 1958 wurde BESM, jetzt BESM-2, in einer der Fabriken in Kasan für die Massenproduktion vorbereitet, bei dem der Speicher auf Potentialoskopen durch Speicher auf Ferritkernen ersetzt und der Befehlssatz erweitert wurde. Damit begann die Geschichte der industriellen Computerproduktion in der Sowjetunion!

Die elementare Basis der ersten Computer – Vakuumröhren – bestimmte ihre großen Abmessungen, ihren erheblichen Energieverbrauch, ihre geringe Zuverlässigkeit und damit einhergehend kleine Produktionsmengen und einen engen Nutzerkreis, hauptsächlich aus der Welt der Wissenschaft. In solchen Maschinen gab es praktisch keine Möglichkeit, die Operationen des ausgeführten Programms zu kombinieren und den Betrieb verschiedener Geräte zu parallelisieren; Befehle wurden nacheinander ausgeführt, die ALU war beim Datenaustausch mit externen Geräten im Leerlauf, deren Anzahl sehr begrenzt war. Die RAM-Kapazität des BESM-2 betrug beispielsweise 2048 39-Bit-Wörter; als externer Speicher wurden Magnettrommeln und Magnetbandlaufwerke verwendet. Der Kommunikationsprozess zwischen einer Person und einer Maschine der ersten Generation war sehr arbeitsintensiv und ineffektiv. In der Regel hat der Entwickler selbst, der das Programm im Maschinencode geschrieben hat, es mittels Lochkarten in den Computerspeicher eingegeben und dann manuell dessen Ausführung gesteuert. Für einen bestimmten Zeitraum wurde das elektronische Monster dem Programmierer zur ungeteilten Nutzung überlassen, und die Effizienz der Lösung eines Computerproblems hing weitgehend von seinem Können, seiner Fähigkeit, Fehler schnell zu finden und zu korrigieren, und seiner Fähigkeit, im Computer zu navigieren, ab Konsole. Der Fokus auf die manuelle Steuerung führte dazu, dass es keine Möglichkeit zur Programmpufferung gab.

Die Elektronenröhre sorgte einst für eine echte Revolution in der Funktechnik: Sie veränderte das Design von Sende- und Empfangsgeräten radikal, erhöhte deren Reichweite, ermöglichte der Funktechnik einen großen Schritt nach vorne und nahm in buchstäblich allen Bereichen der Wissenschaft einen hohen Stellenwert ein und Technologie, Produktion und in unserem Alltag. Aber selbst jetzt, wo radioelektronische Geräte hauptsächlich Halbleiterbauelemente und integrierte Schaltkreise für verschiedene Zwecke verwenden, „funktionieren“ elektronische Röhren weiterhin in vielen Rundfunkempfängern, Radios, Tonbandgeräten und Fernsehgeräten. Aus diesem Grund habe ich beschlossen, Ihnen den Aufbau und die Arbeit dieser „Veteranen“ der Funktechnik vorzustellen, wobei einige Amateurkonstruktionen Vakuumröhren verwenden.

ELEKTRONISCHES LAMPENGERÄT

Jede elektronische Röhre, oder kurz Radioröhre, ist ein Stahl-, Glas- oder Keramikzylinder, in dessen Inneren Elektroden auf Metallständern montiert sind. Die Luft aus dem Lampenzylinder wird durch eine kleine Verlängerung im unteren oder oberen Teil des Zylinders abgepumpt. Eine starke Luftverdünnung im Zylinder – ein Vakuum – ist eine unabdingbare Voraussetzung für den Betrieb einer Radioröhre.

Jede Radioröhre muss eine Kathode – eine negative Elektrode, die die Elektronenquelle in der Lampe darstellt, und eine Anode – eine positive Elektrode – haben. Die Kathode kann ein Wolframfaden sein, ähnlich dem Glühfaden einer Glühbirne, oder ein durch einen Glühfaden erhitzter Metallzylinder, und die Anode kann eine Metallplatte oder häufiger ein zylinder- oder quaderförmiger Kasten sein. Der Wolframfaden, der als Kathode fungiert, wird auch Glühfaden genannt.

In den Diagrammen wird der Lampenzylinder üblicherweise als Kreis bezeichnet, die Kathode als in den Kreis eingeschriebener Bogen, die Anode als kurze Linie oberhalb der Kathode und ihre Anschlüsse als über den Kreis hinausgehende Linien. Radioröhren, die nur eine Kathode und eine Anode enthalten, werden Zweielektronenröhren oder Dioden genannt.

In Abb. 215 zeigt den inneren Aufbau von zwei Dioden unterschiedlicher Bauart. Die rechts abgebildete Lampe zeichnet sich dadurch aus, dass ihre Kathode (Glühfaden) einem umgekehrten lateinischen Buchstaben V ähnelt und ihre Anode die Form eines abgeflachten Zylinders hat. Die Elektroden sind auf Drahtständern montiert, die in den verdickten Boden des Zylinders eingelötet sind. Die Ständer sind auch die Zuleitungen der Elektroden. Über einen speziellen Block mit Fassungen – eine Lampenfassung – werden die Elektroden mit anderen Teilen des Funkgeräts verbunden.

Reis. 215. Design und Bild einer Zwei-Elektroden-Lampe in Diagrammen

Die meisten Radioröhren haben dünne Drahtspiralen, sogenannte Maschen, zwischen Kathode und Anode. Sie umgeben die Kathode und befinden sich, ohne sich zu berühren, in unterschiedlichen Abständen von dieser. Je nach Verwendungszweck der Lampen kann die Anzahl der darin enthaltenen Gitter zwischen eins und fünf liegen. Basierend auf der Gesamtzahl der Elektroden, einschließlich Kathode und Anode, werden Lampen in Drei-, Vier-, Fünf-Elektronen- usw. unterschieden. Dementsprechend werden sie Trioden (mit einem Gitter), Tetroden (mit zwei Gittern) und Pentoden genannt (mit drei Gittern).

Der innere Aufbau einer dieser Lampen – einer Triode – ist in Abb. dargestellt. 216. Diese Lampe unterscheidet sich von Dioden durch das Vorhandensein einer Spirale – eines Gitters – in ihr. In den Diagrammen sind die Gitter zwischen Kathode und Anode durch gestrichelte Linien gekennzeichnet.

Trioden, Tetroden und Pentoden sind universelle Radioröhren. Sie werden zur Verstärkung von Wechsel- und Gleichströmen und -spannungen, als Detektoren, zur Erzeugung elektrischer Schwingungen unterschiedlicher Frequenz und für viele andere Zwecke eingesetzt. Das Funktionsprinzip einer Radioröhre basiert auf der gerichteten Bewegung der Elektronen darin. Der „Lieferant“ der Elektronen im Inneren der Lampe ist die auf eine bestimmte Temperatur erhitzte Kathode.

Was ist die Essenz dieses Phänomens?

Reis. 216. Aufbau und Bild einer Triode in Diagrammen

Gleichzeitig verlassen einige von ihnen die Kathode und bilden um sie herum eine Elektronenwolke. Dieses Phänomen der Emission oder Strahlung der Elektronen durch die Kathode wird als thermionische Emission bezeichnet. Je heißer die Kathode ist, desto mehr Elektronen emittiert sie, desto dicker ist die Elektronenwolke. Wenn man sagt, dass „die Lampe ihre Emission verloren hat“, bedeutet das, dass aus irgendeinem Grund freie Elektronen in sehr geringen Mengen von der Oberfläche ihrer Kathode emittiert werden. Eine Lampe mit verlorener Emission funktioniert nicht.

Damit jedoch Elektronen aus der Kathode entweichen können, ist es nicht nur notwendig, diese zu erwärmen, sondern auch den umgebenden Raum von Luft zu befreien. Geschieht dies nicht, verlieren die austretenden Elektronen an Geschwindigkeit und „bleiben“ in den Luftmolekülen „stecken“. Deshalb entsteht in einer Elektronenröhre ein Vakuum. Außerdem muss die Luft abgepumpt werden, da die Kathode bei hohen Temperaturen Sauerstoff aus der Luft aufnimmt, oxidiert und schnell zerfällt. Hinzu kommt, dass auf der Oberfläche der Kathode eine Schicht aus Barium-, Strontium- und Calciumoxiden aufgebracht ist, die bei relativ niedriger Heiztemperatur Elektronen emittieren kann.

Uraler Technisches Institut für Kommunikation und Informatik (Zweigstelle) der staatlichen Bildungshaushaltseinrichtung für höhere Berufsbildung „Sibirische Staatliche Universität für Telekommunikation und Informatik“

(UrTISI FGOBU VPO „SibGUTI“) in Jekaterinburg

ZUSAMMENFASSUNG ZUM THEMA:

ELEKTRONISCHE LAMPEN UND IHRE FUNKTIONSWEISE. VERSTÄRKEN VON AUDIOFREQUENZSIGNALEN MITTELS FUNKRÖHREN

Abgeschlossen von: Blinkov Evgeniy Mikhailovich

Student im ersten Jahr der höheren Berufsausbildung der Gruppe VE-31b.

Jekaterinburg 2014


KAPITEL 1. ELEKTRONISCHE LAMPEN UND IHRE FUNKTIONSWEISE................................................. .......................................................
GESCHICHTE DER ENTWICKLUNG DER ELEKTRISCHEN VAKUUM-FUNKRÖHRE................................................. ........... ................
GERÄT DER ELEKTRONISCHEN LAMPE................................................. ...................... ................................ ............................ ...
WIE FUNKTIONIERT EINE DIODE................................................. ............... ................................... .................... ................................. ..
WIE FUNKTIONIERT EIN TRIOD............................................ ............... ................................... .................... .................................
MULTI-ELEKTRODEN-LAMPEN................................................. ...................... ................................ ............................ ..........
FUNKRÖHRENKATHODEN UND IHRE STROMVERSORGUNG............................................. ......... ......................................... ......... ..
ENTWÜRFE, MARKIERUNGEN UND PINBELEGUNGEN DER FUNKROHR............................................. ....................... .............
AUTOMATISCHER SCHALT................................................ ................ ................................. ....................... ..........
KAPITEL 2. VERSTÄRKUNG DER AUDIO-FREQUENZSIGNALE MITTELS FUNKROHR. LAMPE
VERSTÄRKER. GEHEIMNISSE DES Röhrenklangs............................................. ...... ................................................. ............
GEHEIMNISSE DES Röhrenklangs............................................. ...... ................................................. ............ ...............
FUNKTIONSPRINZIP EINES Röhrenverstärkers................................................ ........................................................ .
VORWORT ................................................. .. ................................................. ........ ....................................
EINZELZYKLUS-RÖHRENVERSTÄRKER...........................................................................................
EINZYKLUS-RÖHRENVERSTÄRKER AUF TRIOD-PENTODE 6F5P ..............................................
Beschreibung des Aufbaus und der Funktionsweise................................................ ....... ........................................
Montage und Installation................................................ .......... ........................................ ................ ........................
Verstärker aufstellen................................................. .......... ........................................ ................ ..........
Zulässige Abweichungen von Parametern und Bewertungen von der Norm............................................. ........... ....
PUSH-UP-RÖHRENVERSTÄRKER................................................. ....................................................... .............
Das Funktionsprinzip einer Gegentaktschaltung. ................................................. ...... ....................................
Ein einfacher Röhren-Gegentaktverstärker. ................................................. ...... .........................
REFERENZLISTE................................................ .................................................. ..............................

KAPITEL 1. ELEKTRONISCHE LAMPEN UND IHRE FUNKTIONSWEISE.

Die Elektronenröhre sorgte einst für eine echte Revolution in der Funktechnik: Sie veränderte das Design von Sende- und Empfangsgeräten radikal, erhöhte deren Reichweite, ermöglichte der Funktechnik einen großen Schritt nach vorne und nahm in buchstäblich allen Bereichen der Wissenschaft einen hohen Stellenwert ein und Technologie, Produktion und in unserem Alltag. Jetzt, da Halbleiterbauelemente zunehmend in radioelektronischen Geräten Einzug halten, gehören Vakuumröhren der Geschichte an, bleiben aber immer noch die Vorläufer aller unserer modernen Geräte. Schließlich dürfen wir nicht vergessen, dass der erste Computer der Welt (ENIAC 1946) auf Vakuumröhren basierte. Was jetzt? Jetzt wurden sie durch milliardenfach kleinere Halbleiterelemente ersetzt, wodurch die Produktivität solcher Maschinen deutlich gestiegen ist, ihre Größe jedoch abgenommen hat. Ich habe dieses Thema gewählt, um diese echten „Veteranen“ der Funktechnik kennenzulernen.

GESCHICHTE DER ENTSTEHUNG DER ELEKTRISCHEN VAKUUM-FUNKRÖHRE

Die verstärkende Radioröhre wurde 1906 vom Amerikaner Lee De Forest erfunden. Mit Beginn der Serienproduktion von Radioröhren wurden Rundfunkübertragungen und Telefonkommunikation über große Entfernungen möglich. In den 20er Jahren kamen die ersten Radioempfänger mit Röhren auf den Markt. Dann begann man, Röhrenverstärker in elektrischen Playern einzusetzen. Die Blütezeit der Lampentechnik fand in den 50er Jahren statt. Zu dieser Zeit entwickelten sich Radios, Player und Fernseher zu echten Massenprodukten. Doch dann, in den 50er Jahren, bekam die Radioröhre einen Konkurrenten: Die Produktion von Halbleiterverstärkern – Transistoren – begann. Zunächst wurden Transistoren nur in tragbaren Geräten verwendet, wo ihre Vorteile wie geringe Größe und bescheidener Leistungsbedarf wichtig waren. In den 70er Jahren begann man mit der Einführung integrierter Schaltkreise in Geräten. Ein Chip von der Größe einer Briefmarke enthielt zunächst Dutzende, dann Hunderte (und jetzt Millionen) Transistoren. Es ist einfacher geworden, Funktionen zu implementieren, die für die Lampentechnologie nicht akzeptabel sind. Mit dem Aufkommen von Mikroschaltungen wurden digitale Technologien in Audio-Video-Geräten eingesetzt. Allerdings waren Röhrengeräte bis Mitte der 70er Jahre den Halbleitergeräten in mindestens zwei Parametern überlegen.

Erstens war die maximale Ausgangsleistung von Röhrenverstärkern höher. Zweitens führten sie zu weniger Verzerrungen im Signal. Aus diesem Grund wurden hochwertige Audiogeräte bis Mitte der 70er-Jahre ausschließlich mit Röhren hergestellt.

Es wurden kombinierte Geräte hergestellt, bei denen die meisten Komponenten aus Transistoren bestanden, aber dort, wo hohe Leistung und Hochspannung benötigt wurden, wurden Lampen verwendet. Transistoren haben einen höheren Wirkungsgrad. Das bedeutet, dass ein Transistorverstärker bei gleicher Leistungsaufnahme eine höhere Ausgangsleistung hat als ein Röhrenverstärker. Infolgedessen überholten Transistorgeräte die Röhrengeräte in der Ausgangsleistung. Die letzte Hochburg der Lampentechnik waren Fernseher. Röhrenfernseher wurden bis Ende der 80er Jahre produziert. Der Ersatz von Lampen durch Transistoren und Mikroschaltungen wurde durch das Farbfernsehen vorangetrieben. Selbst ein so komplexes Gerät wie ein Farbfernseher, der mit Lampen hergestellt wird, erweist sich als unzureichend zuverlässig und verbraucht viel Strom. Doch Anfang der 1980er Jahre ereigneten sich in der Tonträgerindustrie Ereignisse, die den Grundstein für die triumphale Rückkehr der Radioröhre legten.

Anfang der 80er Jahre erschien die CD, die zum ersten massenproduzierten digitalen Medium zur Tonaufzeichnung wurde. Die CD-Werbung richtete sich zunächst eindeutig an Menschen, die sich ernsthaft für Musik interessierten. Und hier gab es einige Überschneidungen. Musikliebhaber kauften CD-Player, schlossen vorhandene Transistorverstärker daran an, die ursprünglich für den Betrieb mit Vinyl-Playern konzipiert waren, und... wurden enttäuscht. Das von einem Plattenspieler kommende Signal ist gleichmäßig, sein Dynamikbereich (d. h. das Verhältnis zwischen der Leistung der lautesten und leisesten Töne) wurde während der Aufnahme verengt, um an die Spur der Schallplatte angepasst zu werden. Der Transistorverstärker hat dieses Signal gut verarbeitet. Was war die Ausgabe des CD-Players? Der Dynamikbereich ist groß, es gibt viele scharfe Änderungen im Signal. Bei der Arbeit mit einem solchen Signal führte der Transistorverstärker zu erheblichen Verzerrungen. Und dann kam in irgendeinem hellen Kopf der Gedanke auf, sollte ich den CD-Player an einen Röhrenverstärker anschließen? Auf den ersten Blick schien eine solche Entscheidung wild – ein hochmodernes Gerät mit einem Gerät zu verbinden, das aus als veraltet erkannten Komponenten besteht. Aber das Ergebnis übertraf alle Erwartungen – das Ergebnis war ein klarer Klang, die CD konnte ihre reichen Fähigkeiten offenbaren. Entgegen der landläufigen Meinung verdankte die Radioröhre ihre triumphale Rückkehr der CD und nicht der nostalgischen Mode für „Vinyl“. In den 80er Jahren wechselten die meisten amerikanischen Musikliebhaber von Vinyl auf CD. Dementsprechend groß war die Nachfrage nach Röhrenverstärkern. Doch zu diesem Zeitpunkt war die Produktion von Radioröhren für den breiten Einsatz in den Vereinigten Staaten bereits eingestellt. Wo gibt es Radioröhren? Es stellt sich heraus, dass in der UdSSR und in China. Die langsam voranschreitende sowjetische Elektronikindustrie produzierte weiterhin Radioröhren in großen Mengen. Was China betrifft, so blieb es in den 80er Jahren noch hinter den Fortschritten in der Elektronikindustrie zurück, und dort wurden auch Radioröhren hergestellt. Es entstand das amerikanisch-sowjetische Unternehmen Sovtek, das mit der Lieferung sowjetischer Radioröhren in die USA begann. Und diese Marke nimmt immer noch eine ernstzunehmende Position auf dem amerikanischen Markt für Radioröhren ein. Mittlerweile werden Geräte mit Sovtek-Radioröhren beispielsweise von der amerikanischen Firma Conrad-Johnson hergestellt. Neben Sovtek werden in den Produkten amerikanischer Unternehmen häufig Radioröhren aus dem berühmten St. Petersburger Svetlana-Werk verwendet. Darüber hinaus fiel die Wahl auf die Produkte des Unternehmens aus der ehemaligen UdSSR nicht wegen des Preises, sondern wegen der hohen Klangqualität. Es gibt auch inländische Hersteller von Röhrenverstärkern. Dabei handelt es sich überwiegend um kleine Unternehmen, die Geräte in Kleinserien oder auf Einzelbestellung herstellen.

ELEKTRONISCHES LAMPENGERÄT

Jede Radioröhre ist ein Stahl-, Glas- oder Keramikzylinder, in dem Elektroden auf Metallständern montiert sind. Der Raum im Zylinder ist sehr dünn, d. h. es gibt dort fast keine Luft. Es wird durch eine kleine Verlängerung im unteren oder oberen Teil des Ballons abgepumpt. Eine starke Luftverdünnung im Zylinder – ein Vakuum – ist eine unabdingbare Voraussetzung für den Betrieb einer Radioröhre.

In den Diagrammen ist der Lampenzylinder durch einen Kreis, die Kathode durch einen in einen Kreis eingeschriebenen Bogen, die Anode durch eine kurze Linie oberhalb der Kathode und ihre Anschlüsse durch Linien gekennzeichnet.

sich über den Kreis hinaus erstrecken. Radioröhren, die nur eine Kathode und eine Anode enthalten, werden Zweielektrodenröhren oder Dioden genannt.

Abbildung 1 zeigt eine schematische Bezeichnung einer Zwei-Elektroden-Lampe – Diode. Über einen speziellen Block mit Fassungen – eine Lampenfassung – wird die Funklampe mit anderen Elementen des Funkgeräts verbunden.

Die meisten Radioröhren haben dünne Drahtspiralen, sogenannte Maschen, zwischen Kathode und Anode. Sie umgeben die Kathode und liegen, ohne sich zu berühren, auf unterschiedlichen

Entfernungen davon. Je nach Verwendungszweck kann die Anzahl der Gitter in einer Lampe zwischen eins und fünf liegen. Basierend auf der Gesamtzahl der Elektroden, einschließlich Kathode und Anode, werden Lampen in Drei-Elektroden-, Vier-Elektroden-, Fünf-Elektroden-Lampen usw. unterschieden. Dementsprechend werden sie Trioden (mit einem Gitter), Tetroden (mit zwei Gittern) genannt. , Pentoden (mit drei Gittern).

Die grafische Bezeichnung einer dieser Lampen – einer Triode – ist in Abb. 2 dargestellt. Diese Lampe unterscheidet sich von Dioden durch das Vorhandensein eines spiralförmigen Netzes. In den Diagrammen sind die Gitter zwischen Kathode und Anode durch gestrichelte Linien gekennzeichnet.

Trioden, Tetroden und Pentoden sind universelle Radioröhren. Sie dienen dazu, Wechsel- und Gleichströme zu verstärken und Spannungen, als Detektoren, zu erzeugen

elektrische Schwingungen verschiedener Frequenzen und viele andere Zwecke. Das Funktionsprinzip einer Radioröhre basiert auf der gerichteten Bewegung der Elektronen darin. Der „Lieferant“ der Elektronen im Inneren der Lampe ist die Kathode, die auf eine Temperatur von 800-2000°C erhitzt wird.

Was ist die Essenz dieses Phänomens?

Wenn Sie eine mit Wasser gefüllte Pfanne auf das Feuer stellen, beginnen sich die Wasserpartikel beim Erhitzen immer schneller zu bewegen. Schließlich kocht das Wasser. In diesem Fall bewegen sich die Wasserpartikel mit so hoher Geschwindigkeit, dass sich einige von ihnen von der Wasseroberfläche lösen und diese verlassen – das Wasser beginnt zu verdunsten. Ähnliches beobachtet man in einer Elektronenröhre. Die im heißen Metall der Kathode enthaltenen freien Elektronen bewegen sich mit enormer Geschwindigkeit. Gleichzeitig verlassen einige von ihnen die Kathode und bilden um sie herum eine Elektronenwolke. Dieses Phänomen der Emission oder Strahlung von Elektronen durch die Kathode wird als bezeichnetGlühemission. Je heißer die Kathode ist, desto mehr Elektronen emittiert sie, desto dicker ist die Elektronenwolke. Wenn man sagt, dass „die Lampe ihre Emission verloren hat“, bedeutet das, dass aus irgendeinem Grund freie Elektronen in sehr geringen Mengen von der Oberfläche ihrer Kathode emittiert werden. Eine Lampe mit verlorener Emission funktioniert nicht.

WIE DIE DIODE FUNKTIONIERT

Die einfachste Radioröhre ist eine Vakuumdiode. (Abb. 3.)

Um den Glühfaden aufzuheizen, schließen wir an seine Anschlüsse eine Quelle der Glühfadenspannung U n an. Es entsteht ein Filamentkreislauf. Die zweite Batterie U verbinden wir mit einem Minuspol mit der Kathode und einem Pluspol mit der Anode. Es entsteht ein zweiter Stromkreis – Anode, bestehend aus einem Kathoden-Anoden-Abschnitt, einer Anodenspannungsquelle U und Verbindungsleitern. Wenn Sie ein Milliamperemeter einbauen, zeigt der Pfeil des Geräts das Vorhandensein von Strom in diesem Stromkreis an.

Natürlich kann sich die Frage stellen: Warum fließt Strom im Anodenkreis? Schließlich besteht keine elektrische Verbindung zwischen Kathode und Anode.

Ich antworte: Durch den Anschluss einer Anodenspannungsquelle U haben wir dadurch eine positive Ladung an der Anode und eine negative Ladung an der Kathode erzeugt. Zwischen ihnen ist ein elektrisches Feld entstanden, unter dessen Einfluss von der Kathode emittierte Elektronen zur positiv geladenen Anode strömen. An der Anode angelangt, bewegen sich Elektronen entlang der Verbindungsleiter zum Pluspol der Anodenspannungsquelle U und überschüssige Elektronen fließen vom Minuspol der Quelle zur Kathode.

Mit diesem Phänomen kann die Ausbildung eines Elektronenflusses im Anodenkreis einer Diode verglichen werden. Wenn Sie einen Deckel oder Teller über kochendes Wasser stellen, kühlt der entstehende Dampf darauf ab und „kondensiert“ zu Wassertröpfchen. Mit einem Trichter können wir dieses Wasser in die Pfanne zurückführen. Es stellt sich heraus, dass es sich um eine geschlossene Kette handelt, entlang derer sich Wasserpartikel bewegen.

Der Strom im Anodenkreis wird als Anodenstrom bezeichnet, die Spannung zwischen Anode und Kathode der Lampe Anodenspannung. Neben dem Begriff „Anodenspannung“ werden auch die Begriffe „Anodenspannung“ und „Anodenspannung“ verwendet. Alle diese Begriffe haben die gleiche Bedeutung: Wenn wir von „Anodenspannung“, „Anodenspannung“ oder „Anodenspannung“ sprechen, meinen wir die Spannung, die zwischen Anode und Kathode wirkt. Wenn die Pole der Anode

Wenn Batterien oder eine Stromquelle direkt an die Kathode und Anode der Lampe angeschlossen werden, entspricht die Anodenspannung der Spannung der Stromquelle.

Fließt Strom im Anodenkreis der Diode, wenn der Pluspol der Anodenbatterie mit der Kathode und der Minuspol mit der Anode verbunden ist? Natürlich nicht. Schließlich ist die Anode in diesem Fall negativ geladen. Dadurch werden die von der Kathode emittierten Elektronen abgestoßen und in diesem Stromkreis fließt kein Strom.

Eine Elektronenröhre mit zwei Elektroden hat also wie eine Halbleiterdiode die Eigenschaft, den Strom nur in eine Richtung zu leiten. Aber im Gegensatz zu einer Halbleiterdiode leitet sie nur Gleichstrom durch sich selbst, also nur in eine Richtung – von der Kathode zur Anode. In der umgekehrten Richtung, also von der Anode zur Kathode, kann kein Strom fließen. In dieser Hinsicht ist eine Radioröhre zweifellos einer Halbleiterdiode überlegen, durch die ein kleiner Rückstrom fließt.

Was beeinflusst den Wert des Anodenstroms der Diode? Wenn die Kathode konstant leuchtet und kontinuierlich die gleiche Anzahl Elektronen emittiert, hängt die Größe des Anodenstroms nur von der Anodenspannung ab. Bei einer niedrigen Anodenspannung erreichen nur die Elektronen die Anode, die zum Zeitpunkt des Verlassens der Kathode die höchste Geschwindigkeit aufweisen. Andere, weniger „schnelle“ Elektronen bleiben in der Nähe der Kathode. Je höher die Anodenspannung ist, desto mehr Elektronen zieht die Anode an und desto größer ist der Anodenstrom. Man sollte jedoch nicht glauben, dass durch Erhöhen der Anodenspannung der Anodenstrom unbegrenzt erhöht werden kann. Bei einer ausreichend hohen Anodenspannung fallen alle von der Kathode emittierten Elektronen auf die Anode, und bei einem weiteren Anstieg der Spannung an der Anode hört der Anodenstrom auf zu wachsen. Dieses Phänomen wird Anodensättigung genannt. Für jede Lampe gibt es einen bestimmten Grenzanodenstrom, dessen Überschreitung zu einer Verletzung der Kathodeneigenschaften führt

emittieren Elektronen. Das heißt, die Kathode der Radioröhre geht verloren Emissionen:

Die Emission von Elektronen von der Oberfläche eines Körpers in den umgebenden Raum unter dem Einfluss äußerer Energie wird als Elektronenemission bezeichnet.

Die Emission der Kathode kann durch Erhöhen der Spannung an ihrem Glimmpunkt gesteigert werden. Gleichzeitig sinkt jedoch die Lebenserwartung der Lampe stark und bei zu hoher Hitze verliert die Kathode schnell an Emission oder wird vollständig zerstört.

Was passiert im Anodenkreis, wenn eine Wechselspannung an ihn angelegt wird?

Wenden wir uns Abb. zu. 4. Hier wird, wie in den vorherigen Beispielen, die Kathode durch den Batteriestrom GB n erhitzt. Der Anode der Lampe wird eine sinusförmige Wechselspannung zugeführt, deren Quelle beispielsweise ein elektrisches Beleuchtungsnetz sein kann. In diesem Fall ändert sich die Spannung an der Anode periodisch in Größe und Vorzeichen (Abb. 4.a).

Da die Diode nur in eine Richtung leitfähig ist, fließt nur dann Strom durch sie, wenn an ihrer Anode eine positive Spannung anliegt. Mit anderen Worten: Die Diode überträgt positive Halbwellen (Abb. 4.b) und keine negativen Halbwellen des Wechselstroms. Dadurch fließt im Anodenkreis ein Strom in eine Richtung, jedoch pulsierend mit der Frequenz der Wechselspannung an der Anode. Der Wechselstrom wird gleichgerichtet.

Wenn im Anodenkreis ein Lastwiderstand R n enthalten ist, fließt auch durch diesen der von der Diode gleichgerichtete Strom. In diesem Fall befindet sich an einem Ende des mit der Kathode verbundenen Widerstands ein Plus und am anderen Ende ein Minus der gleichgerichteten Spannung. Diese am Widerstand erzeugte Spannung kann an einen anderen Stromkreis angelegt werden, der zu seiner Stromversorgung Gleichstrom benötigt.

Zur Erkennung hochfrequenter Schwingungen werden Zwei-Elektroden-Lampen wie Halbleiter-Punktdioden eingesetzt; früher wurden sie häufig in Gleichrichtern zur Stromversorgung von Funkgeräten eingesetzt. Lampen, die für den Betrieb in Gleichrichtern konzipiert sind, werden Kenotrons genannt.

WIE TRIODES FUNKTIONIEREN

Platzieren wir nun ein Gitter zwischen Kathode und Anode. Du bekommst eine Triode. Verbinden wir die Spannungsquellen des Filaments und der Anode mit seinen Elektroden. Wir werden ein Milliamperemeter in den Anodenkreis einbauen, um alle Stromänderungen in diesem Stromkreis zu überwachen. (Abb. 5.)

Wir verbinden das Gitter vorübergehend mit einem Leiter mit der Kathode (Abb. 5.a.). In diesem Fall hat das Gitter, das gegenüber der Kathode keine Spannung hat, nahezu keinen Einfluss auf den Anodenstrom: Der Anodenstrom ist ungefähr der gleiche wie im Fall einer Diode.

Entfernen wir den Leiter, der das Gitter mit der Kathode verbindet, und schließen wir eine Batterie mit einer kleinen Spannung dazwischen an, aber so, dass ihr Minuspol mit der Kathode und der Pluspol mit dem Gitter verbunden ist (Abb. 5. b.) . Nennen wir diese Batterie eine Netzbatterie und bezeichnen sie mit GB c . Das Gitter steht nun unter positiver Spannung gegenüber der Kathode. Sie wurde sozusagen zu einer zweiten Anode. Es wurde ein neuer Stromkreis gebildet – ein Gitterstromkreis, bestehend aus einem Gitter-Kathoden-Abschnitt, Batterien GB c und Verbindungsdrähten. Da das Gitter positiv geladen ist, zieht es Elektronen an. Die schneller gewordenen Elektronen werden jedoch durch die Anziehungskraft der Anodenspannung abgefangen, die höher ist als am Gitter. Dadurch wird der Anodenstrom größer als bei direktem Anschluss des Netzes an die Kathode. Die gleiche Erhöhung des Anodenstroms könnte durch Erhöhen der Anodenspannung erreicht werden, allerdings wäre es hierfür erforderlich, der Anodenbatterie ein Vielfaches mehr Elemente hinzuzufügen, als die Netzbatterie hat.

Wenn Sie der Netzbatterie zwei oder drei weitere Elemente hinzufügen und dadurch die Spannung im Netz erhöhen, erhöht sich der Anodenstrom noch mehr. Dies bedeutet, dass eine positive Spannung am Gitter dazu beiträgt, dass die Anode Elektronen anzieht und den Anodenstrom erhöht. Dabei lagert sich ein Teil der Elektronen auf dem Gitter ab. Aber sie „fließen“ sofort durch die Netzbatterie zur Kathode. Es erscheint ein kleiner Netzstrom – Netzstrom.

Mit zunehmender positiver Spannung am Gitter steigt der Anodenstrom der Lampe, gleichzeitig steigt aber auch der Gitterstrom. Es kann vorkommen, dass bei einer ziemlich hohen Spannung im Netz der Strom in seinem Stromkreis größer wird als der Anodenstrom. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Gitter, das näher an der Kathode liegt, Elektronen stärker anzieht als die entfernte Anode. In diesem Fall werden die vom Glühfaden emittierten Elektronen so zwischen dem Gitter und der Anode aufgeteilt, dass die meisten von ihnen auf das Gitter fallen. Dieses Phänomen ist für den Betrieb der Lampe äußerst unerwünscht – sie kann sich verschlechtern.

Nun tauschen wir die Pole der Batterie GB c so, dass am Gitter eine negative Spannung gegenüber der Kathode anliegt (Abb. 5. c.). Schauen wir uns die Milliamperemeternadel an. Es wird ein deutlich geringerer Anodenstrom als im vorherigen Experiment angezeigt. Warum ist der Anodenstrom stark zurückgegangen? Im Weg der Elektronen befindet sich eine negativ geladene Elektrode, die ihre Bewegung in Richtung Anode verhindert und die Elektronen zurück zur Kathode drückt. Einige der Elektronen mit der höchsten Geschwindigkeit „schlüpfen“ immer noch durch die Löcher im Gitter und erreichen die Anode, aber ihre Zahl wird um ein Vielfaches geringer sein als bei einer positiven Spannung am Gitter. Dies erklärt die starke Abschwächung des Anodenstroms.

Wenn die negative Ladung im Gitter zunimmt, nimmt die abstoßende Wirkung auf die Elektronen zu und der Anodenstrom nimmt ab. Und bei einer ausreichend großen negativen Spannung am Gitter kann kein einziges Elektron zur Anode gelangen – der Anodenstrom verschwindet vollständig (Abb. 5.d). Folglich „schließt“ die negative Spannung am Gitter die Lampe.

Eine Spannungsänderung am Gitter wirkt sich um ein Vielfaches stärker auf den Anodenstrom aus als die gleiche Spannungsänderung an der Anode der Lampe. Das Gitter steuert den Elektronenfluss von der Kathode zur Anode der Lampe. Aus diesem Grund wird das Gitter auch als Kontrollgitter bezeichnet. Diese Eigenschaft einer Triode wird zur Verstärkung elektrischer Schwingungen genutzt. (Abb. 6.)

Der Betrieb einer Triode als Verstärker kann durch die Schaltung und die Diagramme in Abb. 6 veranschaulicht werden. Dabei wird dem Abschnitt Gitter – Lampenkathode, also dem Gitterstromkreis, eine Wechselspannung Uin zugeführt, die verstärkt werden muss. Die Quelle dieser Spannung kann ein Detektorempfänger, ein Mikrofon oder ein Tonabnehmer sein. Im Anodenkreis der Lampe ist eine Anodenlast enthalten - Widerstand R a. Während im Netzstromkreis keine Wechselspannung anliegt (Abschnitt 0a der Diagramme), fließt im Anodenstromkreis ein unveränderter Strom I a, was einer Nullspannung im Netz entspricht. Dieser Durchschnittswert des Anodenstroms ist der Ruhestrom. Doch dann begann im Netzkreis Wechselspannung zu wirken (in den Diagrammen gibt es Abschnitte).

ab).

Nun wird das Gitter periodisch aufgeladen, mal positiv, mal negativ, und der Anodenstrom beginnt zu schwanken: Bei einer positiven Spannung am Gitter steigt er, bei einer negativen Spannung nimmt er ab. Je stärker sich die Netzspannung ändert, desto größer ist die Amplitude der Anodenstromschwankungen.

In diesem Fall entsteht an den Anschlüssen der Anodenlast R a ein Wechselspannungsanteil, der in den Netzstromkreis einer anderen gleichartigen Lampe eingespeist und von dieser nochmals verstärkt werden kann. Wenn dem Netzstromkreis eine Audiofrequenzspannung zugeführt wird, beispielsweise von einem Detektorempfänger, und Kopfhörer anstelle eines Widerstands an den Anodenstromkreis angeschlossen werden, führt die durch die Lampe verstärkte Spannung dazu, dass die Telefone um ein Vielfaches lauter klingen als wenn sie angeschlossen sind zum Detektorempfänger.

Dieses Phänomen nennt man Röhrenverstärkung...

Wie viel Gewinn kann eine Lampe liefern? Dies hängt von seiner Gestaltung ab, insbesondere von der Dichte und Lage des Gitters relativ zur Kathode. Je dichter das Gitter ist und je näher es an der Kathode liegt, desto stärker wirkt sich seine Spannung auf den Elektronenfluss im Inneren der Lampe aus, desto größer sind die Schwankungen im Anodenstrom und desto größer ist der Gewinn der Lampe. Die von unserer Industrie hergestellten Trioden haben je nach Verwendungszweck