Vakuuminė lempa (elektroninis vamzdis) – apibrėžimas ir veikimas

Vakuuminė lempa (elektroninis vamzdis): aiškus apibrėžimas, veikimo principas, termioninė emisija, konstrukcija ir istorinis panaudojimas viename straipsnyje.

Vakuuminis vamzdis, britų kalba dar vadinamas vožtuvu, yra elektroninis prietaisas, naudojamas daugelyje senesnio modelio radijo imtuvų, televizorių ir stiprintuvų. Paprastu atveju tai yra hermetiškai uždaryta kolba, iš kurios išsiurbtas oras (sukurta vakuumo aplinka), kad tarp vidinių elektrodų galėtų laisvai judėti elektringos dalelės.

Pagrindinės dalys ir veikimo principas

Vamzdžio veikimą lemia karštas metalinis elektrodo paviršius ir vakuumas kolboje. Katodas paprastai kaitinamas (kaip lemputėje), todėl iš jo išlaisvinami elektronus — šis procesas vadinamas termionine emisija. Tarp katodo ir Anodas yra sukuriamas elektrinis laukas: anodas pritraukia elektronus, todėl srovė gali tekėti per vamzdį. Daugelis vamzdžių turi papildomus elektrodus — valdymo tinklelį (grid), ekraninį tinklelį ir kt., kurie leidžia:

• kontroliuoti srovės stiprumą (stiprinimas);
• keitimo režimu atlikti signalų moduliaciją ar generavimą;
• tvirtinti ar išlydinti aukštąsias įtampas (lygintuvas/rektifikatorius).

Tipai

Vakuuminiai vamzdžiai būna įvairių tipų pagal elektrodų skaičių ir paskirtį:

• Triodas — turi katodą, anodo ir vieną valdymo tinklelį; naudojamas signalo stiprinimui.
• Tetrodes ir pentodai — turi papildomus tinklelius, mažinančius atgalinę atgarsio ir talpinio atsiliepimo įtaką, gerina stiprinimo savybes.
• Specializuoti vamzdžiai — galios išėjimo, aukštos dažnio (radijo dažnių), magnetronai (mikrobangų generatoriams) ir kt.

Privalumai ir trūkumai

Privalumai:

• Aukšta leistina įtampa ir didelė galios galia; todėl vamzdžiai iki šiol naudojami didelės galios radijo siųstuvuose ir mikrobangų įrenginiuose.
• Tam tikrais atvejais suteikia malonų garso charakterį (vadinamoji "lampų šiluma"), todėl mėgstami muzikos aparatūroje ir gitarų stiprintuvuose.
• Atsparumas elektromagnetiniams impulsams — tam tikrose situacijose vyrauja prieš puslaidininkius.

• Reikia kaitinimo (šilumos) ir ilgai užtrunka kol pilnai suveikia.
• Didelės išmatavimų ir energijos sąnaudos palyginti su puslaidininkinėmis grandinėmis.
• Stiklinės kolbos trapumas — jas lengva sudaužyti; taip pat gali prireikti vakuumo priežiūros (sandarumo praradimas sukelia gedimus).
• Trumpesnis tarnavimo laikas: kaitinimo siūlės nudega, pakeitimas reikalauja fizinės prieigos prie vamzdžio.

Išsamiau apie veikimą

Veikimo eiga trumpai: kaitinamas filamento ar kaitinamo katodo paviršius pradeda išskirti elektronus. Kai prie anodo pritaikoma teigiama įtampa, elektronai juda link anodo, sudarydami srovę. Įdėjus valdymo tinklelį tarp katodo ir anodo, nedidelis tinklelį pasiekiantis įtampos pokytis reikšmingai keičia anodo srovę — taip pasiekiamas signalo stiprinimas. Kiti tinkleliai (ekraninis, slopinimo kt.) pagerina darbo stabilumą ir slopina nepageidaujamus reiškinius (pavyzdžiui, atgalinį sužadinimą).

Istorija ir panaudojimas

Vakuuminiai vamzdžiai buvo kertinis elektronikos vystymosi elementas XX a. pradžioje ir viduryje. Jie sudarė pagrindą ankstyviesiems radijo imtuvams, televizoriams ir pirmiesiems kompiuteriams, tokiems kaip ENIAC, kurie buvo dideli ir reikalavo daug priežiūros. Vėliau, sukūrus tranzistorius ir puslaidininkių grandines, vamzdžiai daugelyje sričių buvo pakeisti dėl mažesnių išlaidų, dydžio ir energijos sąnaudų.

Vis dėlto vakuuminiai vamzdžiai tebenaudojami specifinėse srityse: aukštos galios RF siųstuvuose, tam tikruose garso stiprintuvuose, laboratorinėse įrangose ir įrenginiuose, kuriems reikalinga didelė izoliacija ar atsparumas impulsams.

Priežiūra ir sauga

Vamzdžiai kaitinami ir dirba aukštomis įtampomis, todėl reikia laikytis saugos taisyklių: neleisti liesti karštų vamzdžių, dirbti su išjungta ir iškrauta įranga prieš keitimą, vengti mechaninio poveikio stiklinei kolbai. Gedimai dažniausiai pasireiškia kaip prarastas vakuumas (kelia balsavimo triukšmą ar ryškų našumo prastėjimą), išdegęs siūlas ar vidaus elektrodų pažeidimas.

Palyginimas su puslaidininkiais

Nors tranzistoriai ir integriniai grandynai pakeitė daugumą vakuuminių vamzdžių taikymų dėl mažesnių sąnaudų ir mažesnio dydžio, vakuuminės technologijos vis dar turi privalumų tam tikrose situacijose (aukštos įtampos ar galios taikymai, specifinis garso charakteris, atsparumas tam tikroms trukdoms). Todėl vakuuminiai vamzdžiai lieka aktualūs tiek istorijos, tiek specializuotos technikos kontekste.

Dabartinis naudojimas

XXI amžiuje vakuuminiai vamzdžiai retai naudojami įprastoje elektroninėje įrangoje. Šiandien daugelyje prietaisų vietoj vakuuminio vamzdelio naudojamas tranzistorius. Tačiau kai kuriuose prietaisuose vis dar naudojamas vakuuminis vamzdis:

• Sistemos, kurioms reikia aukšto dažnio veikimo, didelės išėjimo galios arba labai didelio stiprinimo, pavyzdžiui, televizijos transliacijos, rentgeno aparatai, radarai ir mikrobangų krosnelės.
• Žmonės, mėgstantys klausytis muzikos per aukštos kokybės namų stereosistemas, kartais perka vakuumines lempas naudojančius stiprintuvus. (Žr. "Elektroninis garsas").
• Muzikantai, grojantys elektriniais muzikos instrumentais, pvz., elektrine gitara, kartais naudoja vakuuminių lempų stiprintuvus.
• Vakuuminiai liuminescenciniai ekranai - ploni vakuuminių vamzdelių ekranai, kuriuose rodoma paprasta informacija, pavyzdžiui, skaičiai, - vis dar gana plačiai paplitę garso ir (arba) vaizdo įrangoje ir buitiniuose prietaisuose, nors juos keičia LED ekranai.
• Keletas nišinių taikymų, pavyzdžiui, fotopadaugintuvai.

Erdvinis magnetroninis vamzdis iš mikrobangų krosnelės

Paieška pagal raidę