Вакуумна тръба (електронна лампа) — какво е и как работи

Разберете как работи вакуумната тръба (електронна лампа): принципи, термоелектронно излъчване, строеж, приложения в радиа, усилватели и ранните компютри ENIAC.

Вакуумната тръба, наричана на британски език клапан, е електронно устройство, използвано в много по-стари модели радиоприемници, телевизори и усилватели. Катодът се нагрява, както в електрическата крушка, за да излъчва електрони. Това се нарича термоелектронно излъчване. Анодът е частта, която приема излъчените електрони. Устройството може да има и други части. Вакуумните тръби трябва да са горещи, за да работят. Повечето са изработени от стъкло, поради което са крехки и могат да се счупят. Вакуумните тръби са използвани в първите компютри като ENIAC, които са били големи и се нуждаят от много работа, за да продължат да работят.

Как работи вакуумната тръба

В центъра на вакуумната тръба стои нагрят катод, който излъчва електрони в пространството около себе си (вакуум). Тези електрони могат да бъдат привлечени от анода (понякога наричан платина или плоча), ако анодът е с по-положителен потенциал. Когато между катода и анода има разлика в напрежението, потокът от електрони образува електрически ток.

Много тръби имат допълнителни електроди, които контролират тока:

• Контролна решетка (grid) — прилага се между катода и анода и с малки промени в нейния потенциал се управлява голям ток от анода. Това прави тръбата подходяща за усилване на сигнали.
• Екранна решетка и спиращa решетка — използват се в по-сложните конструкции (тетради, пентоди) за подобряване на усилването и намаляване на нестабилностите.

Основни видове вакуумни тръби

• Диода — има само катод и анод; служи за правене на ток (изправяне).
• Триода — добавена е контролна решетка; използва се за усилване.
• Тетрод/Пентод — имат допълнителни решетки за по-добри характеристики при по-високи честоти и по-малко взаимно влияние между входа и изхода.

Приложения и историческа роля

Вакуумните тръби са били основните активни елементи в електрониката през първата половина на XX век. Те са използвани в:

• Радиоприемници и радиопредаватели
• Телевизори и ранни телевизионни приемници
• Аудиофилски усилватели (добре известни с топлия си тон)
• Радарни системи и комуникационно оборудване
• Първите електронни компютри (например ENIAC) — благодарение на бурното развитие на вакуумните тръби бяха възможни първите изчислителни машини

Предимства и недостатъци

• Предимства: могат да работят при много високи напрежения и честоти, устойчиви са на някои видове електромагнитни импулси и при правилна конструкция дават много добро качество на аудио усилването.
• Недостатъци: големи размери и тежест, висока консумация на енергия (нагревателите), дълго време за загряване, крехка стъклена обвивка и сравнително кратък експлоатационен живот в сравнение с модерните полупроводници (транзистори).

Конструкция и практически детайли

Типичната тръба съдържа стъклен или метален плик (колба), от който е изпомпан въздухът, за да се създаде вакуум. Вътре са разположени електродите — катод, анод и евентуално решетки. В някои тръби катодът е запоен и загрет в себе си (катод с директно нагряване), а в други има отделен нагревател, който затопля катода (непряко нагряване).

Във вътрешността често има и т.нар. "getter" — материал, който реагира с остатъчни газове и ги абсорбира, за да поддържа висок вакуум. Висококачествени тръби имат стабилен вакуум и добро изолиране между електродите.

Съвремени употреби и интерес

Въпреки че по-голямата част от електрониката премина към полупроводникови технологии (транзистори, интегрални схеми), вакуумните тръби запазват нишови приложения:

• Аудиофилски и студийни усилватели — заради специфичния хармоничен характер на усилването.
• Някои специализирани радиочестотни предаватели и високоволтови приложения.
• Образователни и ретро-проекти — колекционери и любители реставрират старо оборудване и изграждат лампови уреди.

Безопасност и поддръжка

Поради наличието на стъкло и високи напрежения, тръбите трябва да се боравят внимателно. При счупване стъклените парчета са опасни, а вътрешните материали могат да съдържат вредни съединения. При работа с лампови уреди е важно да се изключи захранването и да се изчаква охлаждане преди подмяна. При рециклиране или изхвърляне следвайте местните регулации.

Кратко резюме: Вакуумната тръба е електронен компонент, който използва термоелектронно излъчване от нагрят катод, за да управлява поток от електрони. Тя се е използвала широко в ранната електроника и въпреки че е заменена в повечето приложения от транзистори, все още намира място в някои специализирани и аудиофилски уреди.

Текущи употреби

През XXI век вакуумните лампи рядко се използват в обикновеното електронно оборудване. Много устройства днес разчитат на транзистора, а не на вакуумната тръба. Някои устройства, които все още използват вакуумна тръба, включват:

• Системи, които се нуждаят от високочестотна работа, висока изходна мощност или много високо усилване, като например телевизионно предаване, рентгенови апарати, радари и микровълнови печки.
• Хората, които обичат да слушат музика на висококачествени домашни стереосистеми, понякога купуват усилватели, в които се използват вакуумни лампи. (Вижте "Звук от лампи").
• Музикантите, които свирят на електрически музикални инструменти, като например електрическа китара, понякога използват вакуумни лампови усилватели.
• Вакуумните флуоресцентни дисплеи, представляващи тънки вакуумни тръби, които показват проста информация, като например цифри, все още са доста разпространени в аудио/видео оборудването и домакинските уреди, въпреки че се заменят от светодиодни дисплеи.
• Няколко нишови приложения, като например фотоумножителни тръби.

Кавитационна магнетронна тръба от микровълнова фурна

Търсене по буква