Электронная лампа, радиолампа

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине физика

на тему:

«Исследование: генераторные радиолампы и их преимущества перед транзисторами в некоторых областях применения»

 

    

Выполнил студент 1 курса

По специальности:

«Электронные приборы и устройства»                                                   

                     Группа 1ЭПУ16 Тарасов Даниил

                                                                                Проверил преподаватель:

Храмкова С.В.  

 

г. Раменское 2017 г.

                             СОДЕРЖАНИЕ:

Введение..............................................................................................................3

1.Электронная лампа, принцип ее работы и применение в современном мире……………………………………………………………..........................4
2. Транзистор.......................................................................................................8

2.1.Виды транзисторов……………………………….…………………….…11

2.2. Применение транзисторов в современном мире ………………………12
2.3. Транзисторы в «IT»……………………………….. …............................14

2.4. Общие преимущества и недостатки транзисторов перед радиолампами....................................................................................................15
 3. Мощные генераторные радиолампы, которые были мной  использованы..............................................………………………………….. 17

3.1. ГУ-50…………………………………………………………………….17

3.2. ГУ-81……………………………………………………………….…....19

4. Сборка и тест генераторов на радиолампах, сравнение с транзисторными аналогами…………………………………………………………………….22

4.1. Схемы составленные мной……………………………………………..22

4.2. Радиолампы, которые были использованы при сборке, и почему они23

4.3.Преимущества и недостатки такой схемы на радиолампах..................24

4.4. Детали..........................................................................................................25

4.5. Сборка..........................................................................................................29

4.6. Результат.....................................................................................................30

5. Сборка аналогичного генератора на транзисторах....................................31

5.1. Преимущества и недостатки транзисторов в данной конфигурации....................................................................................................32

5.2. Схема генератора на транзисторах..........................................................33

5.3. Детали и сборка.........................................................................................33

5.4. Результат.....................................................................................................35

6. Тест производительности и выявление максимального потенциала генератора на лампе ГУ-50 в пентодном включен….....................................36

6.1. Принцип действия установки................................................................38

Заключение.......................................................................................................39

 Список использованной литературы………………………………

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Одним из наиболее доступных способов в исследовании эффективности радиоламп перед транзисторами в генераторных схемах является система с генератором на радиолампах. Доступность определяется ценой и наличием деталей. Первое упоминание о генераторе (трансформаторе) Тесла на радиолампах было найдено в нескольких книгах, старейшая из которых - "Техническое творчество" 1955г.

Схема трансформатора Теслы на стандартных генераторных лампах ГК-20 представлена из советского журнала - "Техническое творчество" 1955г в моей схеме не будут использоваться ГК-20 а более мощные ГУ-50 и ГУ-81 для дальнейших опытов по исследованию сверх напряжений т.к. транзисторные схемы более сложны и дороги в сборке генераторов с таким-же большим потенциалом.

 

Принцип действия

Электронная лампа триод состоит из нити накаливания, двух электродов (катод и анод) и от одной до трех управляющих сеток, в лампе триоде сетка одна (управляющая), в тетроде две сетки (они тоже управляющие), а в пентоде три сетки (две управляющих и одна антидинатронная, всегда соединена с катодом).

 

Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

· В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.

· Под воздействием разности потенциалов между анодом (+) и катодом (-) электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.

· С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

Рис.1 На сетке заряда нет соответственно лампа «закрыта»

Рис.2 на сетке положительный заряд соответственно лампа «открыта»

ТРАНЗИСТОР

Транзистор (англ. transistor), полупроводниковый триод — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных устройств и интегральных микросхем. Транзисторами также называются дискретные электронные приборы, которые, выполняя функцию одиночного транзистора, имеют в своем составе много элементов, конструктивно являясь интегральной схемой, например составной транзистор или многие транзисторы большой мощности.

Транзисторы делятся на два класса отличные по структуре, принципу действия и параметрам — биполярные и полевые (униполярные). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов. В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). В цифровой технике, в составе микросхем (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми. В 1990-е годы был разработан новый тип гибридных биполярно-полевых транзисторов — IGBT которые сейчас широко применяются в силовой электронике.

В 1956 году за изобретение биполярного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили Нобелевскую премию по физике. К 1980-м годам транзисторы, благодаря своей миниатюрности, экономичности, устойчивости к механическим воздействиям и невысокой стоимости практически полностью вытеснили электронные лампы из малосигнальной электроники. Благодаря своей способности работать при низких напряжениях и значительных токах, транзисторы позволили уменьшить потребность в электромагнитных реле и механических переключателях в оборудовании, а благодаря способности к миниатюризации и интеграции позволили создать интегральные схемы, заложив основы микроэлектроники. С 1990-х в связи с появлением новых мощных транзисторов, стали активно вытесняться электронными устройствами трансформаторы, электромеханические и тиристорные ключи в силовой электротехнике, начал активно развиваться Частотно-регулируемый привод и инверторные преобразователи напряжения.

Виды транзисторов

Биполярные в свою очередь делятся по проводимости на n-p-n – транзисторы обратной проводимости, и p-n-p – транзисторы прямой проводимости. Полевые транзисторы бывают, соответственно, с каналом n-типа и p-типа.
Затвор полевого транзистора может быть изолированным (IGBT-транзисторы) или в виде p-n-перехода.
Советские транзисторы, основные типы их корпусов (сейчас не используются, но по характеристикам почти аналогичны новым импортным).

Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями (регенераторами) цифровых сигналов. Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.

Транзисторы в «IT»

Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) - транзисторы. Международный термин — MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor). Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 8 нм[источник не указан 2465 дней]. В настоящее время на одном современном кристалле площадью 1—2 см² могут разместиться несколько (пока единицы) миллиардов МОПТ. На протяжении 60 лет происходит уменьшение размеров (миниатюризация) МОПТ и увеличение их количества на одном чипе (степень интеграции), в ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение степени интеграции транзисторов на чипе (см. Закон Мура). Уменьшение размеров МОПТ приводит также к повышению быстродействия процессоров, снижению энергопотребления и тепловыделения. В настоящее время микропроцессоры Intel собираются на трёхмерных транзисторах (3d транзисторы) именуемых Tri-Gate. Эта революционная технология позволила существенно улучшить существующие характеристики процессоров. Отметим, что переход к 3D-транзисторам при технологическом процессе 22 нм позволил повысить производительность процессоров на 30 % (по оценкам Intel) и снизить энергопотребление [источник не указан 1778 дней]. Примечательно, что затраты на производство возрастут всего на 2—3 %, то есть в магазинах новые процессоры не будут значительно дороже старых[источник не указан 1778 дней]. Суть технологии в том, что теперь сквозь затвор транзистора проходит особый High-K диэлектрик, который снижает токи утечки.

Недостатки (ограничения)

Кремниевые транзисторы обычно не работают при напряжениях выше 1 кВ (вакуумные лампы могут работать с напряжениями на порядки больше 1 кВ). При коммутации цепей с напряжением свыше 1 кВ, как правило, используются IGBT транзисторы;

Применение транзисторов в мощных радиовещательных и СВЧ передатчиках нередко оказывается технически и экономически нецелесообразным: требуется параллельное включение и согласование многих сравнительно маломощных усилителей. Мощные и сверхмощные генераторные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода, а также магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны (ЛБВ) обеспечивают лучшее сочетание высоких частот, мощностей и приемлемой стоимости.

кремниевые транзисторы гораздо более уязвимы, чем вакуумные лампы, к действию электромагнитного импульса, в том числе и одного из поражающих факторов высотного ядерного взрыва;

чувствительность к радиации и космическим лучам (созданы специальные радиационно-стойкие микросхемы для электронных устройств космических аппаратов);

3.  МОЩНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ РАДИОЛАМПЫ, КОТОРЫЕ БЫЛИ ИСПОЛЬЗОВАНЫ МНОЙ
3.1 ГУ-50
(генераторный лучевой пентод)

Общие данные

Пентод ГУ-50 предназначен для усиления мощности и генерирования колебаний высокой частоты.

Применяется в передающих устройствах, в усилителях низкой частоты для усиления мощности и в телевизионных приемниках в каскадах строчной развертки.

Катод оксидный косвенного накала.

Работает в вертикальном положении выводами вниз. Выпускается в стеклянном бесцокольном оформлении. Срок службы не менее 100 час.

Выводы электродов штырьковые. Штырьков 8. Первый штырек расположен против стеклянного выступа на баллоне.

 

Основные технические данные радиолампы ГУ-50 -

- представлены в таблице ниже

 

Основные технические данные радиолампы ГУ-50 - -представлены в таблице ниже   Наибольшее напряжение накала, В	14.5
Наименьшее напряжение накала, В	10.8
Наибольшее напряжение на аноде на частоте 46.1 МГц, В	1000
Наибольшее напряжение на аноде на частоте 66.6 МГц, В	800
Наибольшее напряжение на аноде на частоте 87.5 МГц, В	700
Наибольшее напряжение на аноде на частоте 120 МГц, В	600
Наибольшее пиковое напряжение на аноде, В	3000
Наибольшее напряжение на второй сетке, В	250
Наибольшая мощность, длительно рассеиваемая на аноде, Вт	40
Наибольшая мощность, рассеиваемая на аноде при перегрузке в течение 1 мин., Вт	50
Наибольшая мощность, рассеиваемая на второй сетке, Вт	5
Наибольшая мощность, рассеиваемая на первой сетке, Вт	1
Наибольшее постоянное напряжение между катодом и подогревателем, В	200
Наибольший ток утечки между катодом и подогревателем, мкА	100
Наибольший ток в цепи катода, мА	230
Наибольшее сопротивление в цепи катод-подогреватель, кОм	5

 

ГУ-81

Генераторный пентод для работы в качестве усилителя высокочастотных колебаний на частотах до 50 МГц.        Оформление - стеклянное с цоколем. Рабочее положение - вертикальное, баллоном вверх. Охлаждение - естественное. Масса: 100 г.

Радиолампа ГУ-81 более мощная радиолампа, отличается от ГУ-50 только максимально допустимым напряжением которое можно подать на радиолампу-(5 киловольт).

Основные технические данные радиолампы ГУ-81 представлены в таблице

 

Основные параметры при Uн=12,6 В, Uа=2 кВ, Uc2=0,6 кВ, Iа=200 мА
Ток накала	£ 10,5 А
Ток 1-й сетки обратный (при Uн=13,6 В, Uа=3 кВ)	£ 50 мкА
Проницаемость 1-й сетки относительно 2-й сетки (при Uс2=0,5 и 0,6 кВ)	31,5 ± 4,5 %
Крутизна характеристики (при изменении Uс на 10 В)	5,5 ± 1 мА/В
Колебательная мощность:
на частоте 50 МГц при Uс1=200 В, Iа=600 мА, Iс2=200 мА	³ 400 Вт
на частоте 12 МГц при Uа=1,5 кВ, Iа=500 мА	³ 750 Вт
Междуэлектродные емкости, пФ:
сетки - катод	28,5 ± 3,5
анод - катод	23,5 ± 2,5
1-я сетка - анод	£ 0,1
1-я сетка - 3-я сетка	4,0 ± 1,5
Долговечность средняя	³ 1000 ч
Критерий долговечности: колебательная мощность на частоте 12 МГц

Напряжение накала	11,8 - 13,5 В
Напряжение анода
на частоте 6 МГц	3 кВ
на частоте 24 МГц	2,5 кВ
на частоте 50 МГц	1,5 кВ
Напряжение анода при анодной модуляции, пиковое значение	5 кВ
Напряжение 2-й сетки	0,6 кВ
Напряжение 2-й сетки в импульсе	1,2 кВ
Мощность, длительно рассеиваемая анодом	450 Вт
Мощность, рассеиваемая анодом в течение 3 мин	600 Вт
Мощность, рассеиваемая 2-й сеткой	120 Вт
Мощность, рассеиваемая 1-й сеткой	10 Вт
Температура баллона	350 С
Интервал рабочих температур окружающей среды	от -60 до +70 С

 

Схемы составленные мной

для теста производительности я собирал три схемы – на двух транзисторах в режиме автогенерации, на одной лампе в пентодном включении с авто возбуждением и на двух лампах собранных в режиме автогенерации, ниже представлены их принципиальные схемы.

 

Рис.1

Рис.2

Рис.3

На рисунках 1 и 2 представлены схемы теста производительности генераторов собранные с разными компонентами, но одинаковым трансформатором генерации для сравнения результатов на третьем рисунке демонстрационная схема, которая спроектирована для раскрытия всего потенциала лампы ГУ-50

Преимущества

1. Легко может генерировать высокие частоты.

2. Схема легкая в исполнении.

3. Легко настраиваемый колебательный контур

4. Высокий КПД (только с мощными пентодами ГУ-50 ГУ-81 ГК-20 и т.д.).

5. Генераторные лампы значительно дешевле транзисторов.

 

Недостатки

1. Генератор не портативен и более подходит для лабораторных установок.

2. Не очень долговечна, (зависит от часов наработки лампы).

Детали

Трансформатор накала 12V

Принципиальная схема подключения косвенного накала в радиолампах

Выпрямитель 220V для питания всей схемы, состоит из двух сглаживающих конденсаторов и выпрямителя переменного тока.

Радиолампа ГУ-50, брал две, как на первой схеме.

ТДКС - трансформатор диодно-каскадный строчный (взят из телевизора) с дополнительной первичной обмоткой обратной связи большого сечения, в данном случае эта обмотка эффективнее родной первичной обмотки трансформатора.

↑↑↑Сема ТДКС↑↑↑

 

Переменный (подстроечный) резистор для выставления лучших параметров схемы

Обозначение на схеме.

А также при первых тестах был использован вольтметр

Для измерения, поданного на лампу напряжения.

 

Сборка

Вся схема после первого (пробного) теста все компоненты были собраны мною, надежно скреплены между собой спайками и кабельными стяжками по схеме и были закреплены в корпусе от блока питания от компьютера, закрученного маленькими болтами. Радиолампы установлены вверху корпуса в вертикальном положении для лучшего пассивного охлаждения, регуляторы напряжения установлены рядом, для тонкой настройки выходного импульса во время работы генератора. В углу кнопка включения накала лампы.

↓↓↓↓Накальный трансформатор в корпусе↓↓↓↓

 

Результат

В видео наглядно показан этот тест.

Крупные длинные искры более двух сантиметров синего цвета, получение более мощных искр ограничивается использованием плохо изолированного полностью трансформатора, хочу обратить внимание, что следующие тесты будут более подходящими для раскрытия всего потенциала лампы.

Преимущества

1. Схема легкая в исполнении.

2. Схема при желании легко может стать портативной.

Недостатки

1. В таком режиме транзисторы сильно греются и, в конце концов, выходят из строя.

2. Маломощные компоненты от большой силы тока легко могут сгореть.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. В общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать.

3. Для нормальной работы и работы на высоких частотах следует либо модифицировать эту схему, либо собрать более сложную схему, но с таким же принципом работы.

4. Транзисторы с подходящими характеристиками дорогие по себестоимости примерно от 250 рублей за штуку.

Детали и сборка

Транзисторы: 2SC2625 импортные p-n-p перехода, две штуки.

Резисторы:1 Ватт 1 кОм импортные небольшой мощности  греются не сильно, а также мощные диоды FR302 на 600 вольт.

Детали были собраны согласно схеме.

Готовый генератор

Транзисторы были прикручены к изолированному радиатору для отвода тепла.

 

Общее фото установки.

5.4 Результат

Тонкие маленькие дуги синего цвета, выглядят убого, но подойдут для умножителя напряжения. Маленький потенциал роста частоты без усложнения схемы и сильно греющиеся компоненты.

 

дуги зажигались с 5-6мм и тянулись до 11-15мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По сравнению с транзисторными аналогами генераторов высокой частоты генераторы на радиолампах более стабильны и легко настраиваемы, а также не боятся сильных перегрузок по напряжению. При желании я легко могу выставить на «ламповой» схеме высокие и очень высокие частоты для их изучения и применения в узких областях. Хочу отметить, что некоторые радиолампы до сих пор используются в некоторых схемах усилителей низкой частоты из-за способности передавать «чистый звук». В ламповых усилителях намного меньше деталей, чем в полупроводниковых устройствах. Они не боятся перепадов температурных режимов, воздействия радиации, перегрузок электросети или давления. Радиолампы не требуют специального ухода, при выходе из строя легко заменяются.

 

 Список использованной литературы:

"Техническое творчество" 1955г.

Журнал  "Радио" 1 номер 1946 год.

Журнал  "Радио"  3 номер 1946 год.

Гендин Г. С. "Всё о радиолампах".

Батушев В. А. "Электронные приборы"

 

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине физика

на тему:

«Исследование: генераторные радиолампы и их преимущества перед транзисторами в некоторых областях применения»

 

    

Выполнил студент 1 курса

По специальности:

«Электронные приборы и устройства»                                                   

                     Группа 1ЭПУ16 Тарасов Даниил

                                                                                Проверил преподаватель:

Храмкова С.В.  

 

г. Раменское 2017 г.

                             СОДЕРЖАНИЕ:

Введение..............................................................................................................3

1.Электронная лампа, принцип ее работы и применение в современном мире……………………………………………………………..........................4
2. Транзистор.......................................................................................................8

2.1.Виды транзисторов……………………………….…………………….…11

2.2. Применение транзисторов в современном мире ………………………12
2.3. Транзисторы в «IT»……………………………….. …............................14

2.4. Общие преимущества и недостатки транзисторов перед радиолампами....................................................................................................15
 3. Мощные генераторные радиолампы, которые были мной  использованы..............................................………………………………….. 17

3.1. ГУ-50…………………………………………………………………….17

3.2. ГУ-81……………………………………………………………….…....19

4. Сборка и тест генераторов на радиолампах, сравнение с транзисторными аналогами…………………………………………………………………….22

4.1. Схемы составленные мной……………………………………………..22

4.2. Радиолампы, которые были использованы при сборке, и почему они23

4.3.Преимущества и недостатки такой схемы на радиолампах..................24

4.4. Детали..........................................................................................................25

4.5. Сборка..........................................................................................................29

4.6. Результат.....................................................................................................30

5. Сборка аналогичного генератора на транзисторах....................................31

5.1. Преимущества и недостатки транзисторов в данной конфигурации....................................................................................................32

5.2. Схема генератора на транзисторах..........................................................33

5.3. Детали и сборка.........................................................................................33

5.4. Результат.....................................................................................................35

6. Тест производительности и выявление максимального потенциала генератора на лампе ГУ-50 в пентодном включен….....................................36

6.1. Принцип действия установки................................................................38

Заключение.......................................................................................................39

 Список использованной литературы………………………………

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Одним из наиболее доступных способов в исследовании эффективности радиоламп перед транзисторами в генераторных схемах является система с генератором на радиолампах. Доступность определяется ценой и наличием деталей. Первое упоминание о генераторе (трансформаторе) Тесла на радиолампах было найдено в нескольких книгах, старейшая из которых - "Техническое творчество" 1955г.

Схема трансформатора Теслы на стандартных генераторных лампах ГК-20 представлена из советского журнала - "Техническое творчество" 1955г в моей схеме не будут использоваться ГК-20 а более мощные ГУ-50 и ГУ-81 для дальнейших опытов по исследованию сверх напряжений т.к. транзисторные схемы более сложны и дороги в сборке генераторов с таким-же большим потенциалом.

 

ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА, РАДИОЛАМПА

— электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счёт управления интенсивностью потока электронов, движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами.

Радиолампы массово использовались в ХХ веке как активные элементы электронной аппаратуры (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т. п.). В настоящее время практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Иногда ещё применяются в мощных высокочастотных передатчиках и в высококлассной аудиотехнике.

Электронные лампы, предназначенные для освещения (лампы-вспышки, ксеноновые лампы, ртутные и натриевые лампы), радиолампами не называются и обычно относятся к классу осветительных приборов.

Электронно-лучевые приборы основаны на тех же принципах, что и радиолампы, но, помимо управления интенсивностью электронного потока, также управляют распределением электронов в пространстве и потому выделяются в отдельную группу. Также отдельно выделяют СВЧ электровакуумные приборы с использованием резонансных явлений в электронном потоке (такие как магнетрон).

Принцип действия

Электронная лампа триод состоит из нити накаливания, двух электродов (катод и анод) и от одной до трех управляющих сеток, в лампе триоде сетка одна (управляющая), в тетроде две сетки (они тоже управляющие), а в пентоде три сетки (две управляющих и одна антидинатронная, всегда соединена с катодом).

 

Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

· В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.

· Под воздействием разности потенциалов между анодом (+) и катодом (-) электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.

· С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

Рис.1 На сетке заряда нет соответственно лампа «закрыта»

Рис.2 на сетке положительный заряд соответственно лампа «открыта»