Меню Закрыть

Принцип работы вакуумного усилителя: Устройство и особенности работы вакуумного усилителя тормозов

Содержание

Как проверить вакуумный усилитель тормозов: принцип работы, устройство

Сегодня продукция автомобильной промышленности является высокотехнологичной и скоростной. Поэтому для лучшего торможения на всех современных авто как Российского, так и импортного производства используют вакуумный усилитель тормозов. Объясняется стремительная продуктивность и производительность тем, что улучшенная тормозная система упрощает управление транспортным средством, давая незначительным нажатием на педаль остановить транспорт. Без этого узла одной физической силой развивать всю мощность для хорошего торможения непросто, потому что через какое-то время появится усталость. Таким образом, ВУТ предназначен для минимизации усилий вовремя надавливания на педаль тормоза при любых видах торможения.

Вакуумный усилитель тормозов

Принцип работы вакуумного усилителя тормозов основан на воздействии внешнего атмосферного давления на разряженную область. Хоть стандартной схемы устройства и конструкции усилителей нет, но принцип работы остается неизменным.

Есть масса конструктивных решений и модификаций, отличных друг от друга деталями, а также конфигурацией. Так, в ряде транспортных средств может крепиться дополнительный вакуумный электромотор, отвечающий за слаженную работу узла при различных условиях функционирования двигателя. Если говорить о дизельных силовых агрегатах, то в них приспособление идет в обязательном порядке.

Устройство ВУТ

Этот узел состоит из пяти неизменных составляющих:

  • разделительная диафрагма из пластичного материала;
  • пружина возврата;
  • толкатель педального узла;
  • шток
    ;
  • клапанный механизм.

На первый взгляд, вакуумник в моторном отсеке незаметен, так как он располагается в монолитном блоке с НТЦ между механизмом педали и главным цилиндром тормоза. Он представляет собой камеру, разграниченную перегородкой диафрагменного типа. Разделенные полости герметичны и равны.
Одна сторона полости соединена с атмосферой, а другая с патрубком выпускного коллектора мотора, где во время работы возникает низкое давление, нежели в атмосфере.

Расположение ВУТ

Атмосферная часть расположена ближе к педали, а вакуумная размещается возле цилиндра. В задней атмосферном отсеке на корпусе имеется обратный клапан, который задерживает разрежение во всасывающей трубе двигателя и препятствует попаданию бензиновой смеси в узел. Степень разрежения в этой камере регулируется именно клапанным следящим механизмом. А в передней полости обратный клапан держит постоянное напряжение. Так, на перегородку с двух сторон давит одинаковое по значению давление. Сам клапан перемещается посредством толкателя, соединенного с педалью тормоза. Возвратная пружина отвечает за возвращение в исходное состояние диафрагмы после торможения. Когда машина требует наличия системы экстренного торможения, то на шток матируется специальный электромагнитный привод.

Устройство вакуумного усилителя тормозов не отличается сложностью, что дает возможность проводить ремонтные работы собственноручно.

Как работает ВУТ?

Работа устройства осуществляется за счет разности давления, образующегося в вакуумном и атмосферном отсеке. Из-за этого перепада приводится в действие толкатель, который и двигает шток поршня ГТЦ. Рассмотрим подробно, как работает вакуумный усилитель тормозов. Изначально, давление в обеих камерах одинаково.

Устройство ВУТ в разрезе

Передача усилия к толкателю и последующим элементам происходит, когда водитель воздействует на педаль тормоза. После того как усилие доходит до клапана, он закрывает проход между обоими отсеками. Потом клапан опять соединяет обе камеры и уже в атмосферном отсеке происходит понижение давления. Возникшая разница отражается на перегородке, отчего она выгибается и ведет к движению штока поршня в ГТЦ. Когда автомобиль заканчивает торможение давление в обоих отсеках выравнивается, а эластичная перегородка принимает начальное положение.

Выход ВУТ из строя является серьёзной проблемой, способной привести к фатальным последствиям. Чтобы этого избежать, нужно внимательно следить за тормозной системой. Малейшее отклонение в работе обязывает провести диагностику. Регулировка вакуумного усилителя тормозов занятие несложное, исправить некоторые отклонения возможно самостоятельно.

Составляющие вакуумного усилителя тормозов

Признаки неполадок ВУТ

Вакуумный усилитель тормозов способен как частично не создавать вакуум, так и полностью. Основной причиной этому может быть обрыв или разгерметизация соединительных трубок моторного коллектора и усилителя. Кроме того неполадки могут быть вызваны и из-за нарушения целостности или потери эластичности диафрагмы. Если в механизме случился сбой, это заметит даже новичок. Перечислим основные признаки неисправности вакуумного усилителя тормозов:

  • при давлении на педаль тормоза нужно приложить усилия, чего быть не должно;
  • посторонние шумы в системе. Звуки появляются из-за разгерметизации и разрыва шланг;
  • ВУТ втягивает воздух;
  • имеются подтеки на «вакуумнике»;
  • износ сальников, разрыв диафрагмы или резины на клапанах;
  • на холостых оборотах мотор ведет себя ровно и ритмично как часы, это объясняется тем, что при разгерметизации втягивается лишний воздух и смешивается с топливной смесью.

    Снятый неисправный усилитель

Способы обнаружения неполадок

Для тех, кто задается вопросом, как проверить вакуумный усилитель тормозов мы привели несколько вариантов начальной проверки системы. Работоспособность ВУТ проверяется следующими способами:

  1. Давится педаль тормоза, и запускается двигатель. Происходит сильное продавливание педали, если она не вернулась в прежнее положение, значит, в узле точно имеются проблемы.
  2. Запускается двигатель, проходит несколько минут, его глушат. Затем несколько раз, не напрягаясь, надавливают на педаль тормоза. Если все в порядке, то после первого натиска, педаль выжимается, как требуется, до упора. Это говорит о том, что возникший вакуум притянул перегородку, и шток начал толкать, как положено поршень ГТЦ. Но если во время второго нажатия на педаль, ход будет уменьшаться, то, значит, разряжению браться неоткуда. Когда после первого нажатия дальнейшие действия не ощущаются, значит, система неисправна.
  3. Этим способом проверки можно выявить утечки воздуха в системе. При запущенном двигателе давится педаль и задерживается. Не отпуская тормоз, глушится мотор, в таком положении педаль следует подержать секунд тридцать. Если происходит движение педали, значит, где-то нарушена герметичность. В камере начнет возрастать давление и диафрагма, под натиском возвратной пружины будет воздействовать на толкатель. Когда во время такой проверки педаль остается не измена, значит, ВУТ работает исправно.
  4. Также подсос воздуха можно проверить аналогичным способом: при неработающем двигателе несколько раз нажать на педаль до упора, а затем, удерживая педаль запустить двигатель. Посредством перепадов температур в камерах педаль должна, чуть опустится вперед. Когда этого не случилось, значит, нужно переходить к проверке самих шлангов на целостность. В том случае, если после устранения «подсосов воздуха» система продолжила «троить», то усилитель пора заменить на новый.

Если после первичной проверки были замечены неполадки, то нужно переходить к более длительному по времени процессу – осмотру на целостность деталей.

Диагностика ВУТ

Проверка на герметичность

Этапы осмотра:

  1. Откройте капот машины, и включите мотор на две минуты.
  2. После заглушите, подождите полминуты.
  3. Нажмите несколько раз на педаль тормоза, при этом должно быть слышно, как в систему поступает воздух.
  4. Заодно обратите внимание на обратный клапан ВУТ. Для этого из резинового уплотнителя фланца достаньте проверяемую деталь.
  5. На небольшой штуцер наденьте соответствующую резиновую грушу, можно взять от ареометра.
  6. Далее, сдавите ее, когда клапан в порядке, резиновая груша не разожмется. Если это произошло, то следует заменить сам клапан и осуществить проверку вакуумного усилителя тормозов вновь. Если ничего не изменилось и проблемы также ощутимы, то дело в самой системе, которую проще поменять, чем самостоятельно отремонтировать. Без соответствующих знаний и инструментов самостоятельный ремонт невозможен.

Если у вас есть измерители, то можно провести проверку на герметичности под нагрузкой. Для этого запустите двигатель, а после нажмите педаль тормоза под усилием 20 кГс. Задержите педаль пока разрежение в ВУТ не достигнет точки В = 66.7 кПа (500 мм рт. ст.). После заглушите мотор и проверьте выдачу вакуумметра, — скорость снижения разряжения не должна превосходить 3.3 кПа за 15 с.

Когда ваши показания отличаются, нужен ремонт или замена усилителя.

Проверка на герметичность

А также можно проверять систему измерителем и без нагрузки. Для этого заводите мотор, педаль тормоза в это время не выжимаете, и ждете пока глубина разряжения не будет равняться А = 66.7 кПа (500 мм рт. ст.). После глушите двигатель, сверяйте данные вакуумметра. Его скорость снижения глубины разряжения должна быть не выше 3.3 кПа за 15 секунд. В случае обнаружения несоответствия ищите и исправляете причину нарушения герметичности.

Регулировка свободного хода

После проверки на герметичность стоит осуществлять регулировку свободного хода педали тормоза. Регулировка длины штока приводит к возникновению зазора, определяющего степень давления на тормозной цилиндр. Важно правильно отрегулировать длину штока и поставить подходящий зазор. При неработающем моторе свободный ход педали должен быть равен от 5-14 мм. Этот зазор контролируется болтом, находящимся над плоскостью ВУТ. Когда зазор мал, то происходит заедание рабочего цилиндра, а это приводит к ускоренному износу колодок и повышенному потреблению топлива. А также машина начнет произвольно притормаживать, и напоминать езду на ручном тормозе. Напротив, превышенный допустимой нормы зазор свидетельствует о нарушении герметичности в узле и ход у педали станет увеличенным.

Регулировка усилия рычага регулятора давления

Гидравлическое давление тоже можно проверить измерителями. Когда двигатель не заведен, глубина разряжения будет равняться 0 мм рт. ст. А если вы будете выжимать педаль, с силой 20 кГс, то давление должно подняться до 1177 кПа (12 кГс/см2). Теперь заводим мотор и ждем, пока глубина разряжения снизится до 66. 7 кПа (500 мм рт. ст.), далее смотрим на параметры манометра. Его нормальное значение должно быть 6867 кПа (70 кГс/см2).

Регулировка простого хода

Если измерительных приборов под рукой нет, то проверка проводится так:

  1. Просмотрите детали привода и регулятора на состояние, никаких зазоров и подтеков масла на них быть не должно.
  2. Нажмите на тормоз и проверьте, насколько выдвигается поршень регулятора. Норма на 1.7–2.3 мм. Если ход завышен или, наоборот, отсутствует, значит, проблемы в регуляторе есть.
  3. Проверьте контрольную заглушку, она должна быть утоплена в зазоре корпуса до упора и на ней не должно быть никаких потеков тормозной жидкости. Если все иначе, значит, нарушена герметичность уплотнительных манжет. В такой ситуации требуется полная замена регулятора.

Осуществлять диагностику и регулировку рычага следует часто. Когда проблема очевидна, регулировка производится так:

  1. Машину ставят на ровном месте.
  2. Контргайку болта ослабляют, прокручивая его, на 3 оборота и заворачивая до соединения с хвостом поршня регулятора.
  3. Подкручивают сам болт на соответствующее вашей марки число граней.
  4. Далее, затягивают гайку и смотрят, как ходит поршень, его норма – 1.7–2.3 мм.
  5. После проводится полная проверка на ходу в сухую погоду. Во время движения нужно притормозить до блокировки колес. Если регулировка привода произведена, верно, то должно произойти опережение блокировки передних колес относительно задних. Если все иначе, то болт перетянули. Его нужно ослабить на 1–2 грани и далее вновь провести проверку в динамике.

    Замена вакуумного усилителя тормозов

Снятие ВУТ, если требуется ремонт

Когда после диагностики вы обнаружили, что усилителю нужен ремонт, и вы четко, знаете, его строение, а также всю механику работы с ним, то можно приступать к снятию устройства:

  1. Сначала нужно обзавестись ремкомплектом.
  2. Ознакомится с мануалом вашего авто, чтобы точно знать конструкцию ВУТ.
  3. Если в моторном отсеке имеется обивка, и пластиковая накладка, предохраняющая вакуумник, то снимаем их.
  4. Под рулевым валом разъединяем тягу привода усилителя от тормозной педали.
  5. Ключом на 17 откручиваем устройство от тормозного цилиндра. Далее, от штуцера убираем трубку, чтобы не получилось изгибов шланг, слегка наклоняем вперед тормозной цилиндр.
  6. Убираем провод стоп-сигнала, а потом ключом на 13 снимаем болты, чтобы высвободить ВУТ. Для успешного снятия, палец соединяющий усилитель и педаль вытаскиваем. После чего устраняем две гайки на креплении кронштейна.
  7. Теперь приступаем к ремонту вакуумника.

Стоит понимать, если вы неспособны самостоятельно провести ремонт лучше доверить это дело опытному механику или просто заменить, на новое устройство.

Установленный новый ВУТ

Инструкция по замене вакуумного усилителя тормозов

Процесс замены вакуумника несложен. Демонтаж проходит так же как и при снятии системы на ремонт:

  1. Сначала отсоединяем шток от тормозной педали. То есть снимаем стопорную пластинку пальца, зацепив ее чем-нибудь острым. Теперь достаем палец и переходим под капот.
  2. Отсоединяем все от уровня датчика тормозной жидкости все провода колодки.
  3. Разъединяем усилитель от цилиндра.
  4. Откручиваем гайки кронштейна и снимаем усилитель прямо с ним. Если гайки снять сложно, можно применить жидкость WD-40.
  5. Разъединяем, откручивая две гайки.
  6. Теперь крепим новый усилитель к кронштейну и производим сборку в обратном порядке.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Вакуумный усилитель тормозов, принцип работы, неисправности, замена

Приветствую вас друзья на сайте ремонт автомобилей своими руками. Вакуумный усилитель тормозов (ВУТ) предназначается для значительного уменьшения усилия давления на рычаг тормоза при любых видах торможения, что приводит к более высокому уровню комфортности и как следствие — эффективному торможению.

Вакуумный усилитель тормозов

Усилитель тормозов вакуумный, устанавливается на всех современных автомобилях, как Российского, так и импортного производства и имеет большую продуктивность и производительность, которая значительно уменьшает степень давления педали тормоза при любых видах торможения.

В специализированных магазинах в настоящее время имеется в продаже достаточно много разновидностей вакуумных усилителей, поэтому покупатель может подобрать практически тот агрегат, который его устраивает.

Остановимся на тормозном усилителе (Спорт), он предназначен для таких моделей, как Ваз 2109, ВАЗ 2110, ВАЗ 2114 и других. Также не забудьте прочитать статью замена тормозной жидкости своими руками.

Он вполне обеспечит улучшение эргономических тактико-технических характеристик вашего автомобиля, в частности уменьшения давления на педаль тормоза при экстренном и обычном торможении в 2 раза, то есть с 13 кг до 7 кг с замедлением 6 м/с2.

Также установка данного вакуумного усилителя тормозов, значительно сократит период времени, или реакцию, необходимую водителю для торможения при возникновении опасной ситуации на дороге.

Немного об устройстве вакуумного усилителя

По конструкции вакуумный усилитель тормозов объединен в один общий блок с главным тормозным цилиндром. В изначальной состоянии специальный канал, который сообщается с атмосферой перекрыт, а другой вакуумный канал находится в открытом состоянии.

При этом на установленную внутри диафрагму с двух сторон воздействует равное по значению давление, вследствие этого, при помощи возвратной пружины, она постоянно находится в начальном положении.

Когда происходит придавливание тормозной педали, толкатель (шток), начиная своё движение, смещается в сторону и перекрывает вакуумный канал, при этом открывается канал атмосферный. Далее на саму диафрагму действуют атмосферные потоки с обеих сторон.

Разница давления способствует преодолению степени сжатия возвратной пружины и как результат, мембрана постепенно начинает сдавливать возвратную пружину, при этом шток перемещается вместе с поршеньком главного цилиндра.

При прекращении давления на педаль тормоза, но не снятой ноги водителя с педали, наступает этап, при котором вакуумный и воздушный каналы открываются до такой степени, когда полностью блокируется перемещение поршня.

В тот момент, когда каналы перекрываются, вакуумный усилитель тормозов находится в готовности производить дальнейшую работу по торможению.

В этом состоянии, каждое перемещение штока, то есть надавливание или отпускание педали, ведёт к изменению разности атмосферных давлений в пространстве самой мембраны и как следствие автомобиль притормаживается, если происходит дальнейшее нажатие на тормозную педаль или нет, если вы ее отпускаете.

Максимальная разность давления образуется исключительно при максимально возможном надавливании на рычаг тормоза для закрытия самого канала. В этом варианте на поршень действует наибольшая сила и как следствие автомобиль резко тормозит. К тому же необходимо знать, что своевременная замена тормозных колодок значительно повышает эффективность торможения.

При помощи данного вакуумного усилителя степень нажатия на рычаг тормоза можно увеличить в несколько раз. Сразу же после отпускания ноги с педали тормоза диафрагма тут же возвращается в первоначальное положение.

Как проверить вакуумный усилитель тормозов

Проверка вакуумного усилителя происходит достаточно просто. Если в нём возникли какие-либо неисправности, то это почувствует даже неопытный водитель. Само нажатие на педаль тормоза потребует значительных усилий и не заметить этого просто невозможно.

Проверять работоспособность вакуумного усилителя тормозов необходимо начинать на неработающем двигателе, нажав несколько раз на педаль тормоза и после этого придерживать её в выжатом положении.

Затем завести двигатель и в том случае, если педаль продавится без особенного усилия к днищу автомобиля, то ваш усилитель исправен.

Если же этого не произошло, то имеется некоторая неисправность. В первую очередь проверяют вакуумный шланг на герметичность и состояние обратного клапана усилителя.

Неисправности вакуумного усилителя тормозов:

  • Трещины или обрыв шланга который подходит к ВУТ.
  • Разрыв диафрагмы.
  • Поломка пружины.

Ремонтировать усилители рекомендуется в специализированных технических центрах, где под рукой специальные инструменты и у специалистов имеется определённый навык. Или же покупать абсолютно новый агрегат и устанавливать его в соответствии с приложенной инструкцией.

Снятие и замена вакуумного усилителя тормозов:

Сама процедура замены вакуумного усилителя тормозов не такая уж и сложная, чтобы непременно обращаться в специализированные технические центры, то есть на СТО.

Данные обращения неизменно приведут вас к определенным затратам. Поэтому рекомендуется сделать это в собственных гаражных условиях.

Первым делом, что нужно сделать, это отсоединить в салоне шток вакуумного усилителя от тормозной педали.

Для этого аккуратненько снимаем стопорную пластинку пальца, перед этим поддев её любым острым инструментом, можно отвёрткой и вытаскиваем палец, теперь переходим в подкапотное пространство.

В первую очередь необходимо разъединить всю колодку с проводками от датчика уровня тормозной жидкости. Затем снимаем аккуратно шланг, удерживая обратный клапан рукой.

Откручиваем ключами цилиндр тормоза непосредственно от вакуумного усилителя. Отметим, что не нужно отсоединять тормозные трубки. Далее необходимо отвернуть 4 гаечки кронштейна, на котором вакуумный усилитель тормозов прикреплен к кузову автомобиля.

После этих действий не составит труда свободно снять усилитель совместно с кронштейном. Для отсоединения кронштейна от усилителя, нужно открутить еще пару гаечек на этом этапе он будет полностью снят.

После этих действий вполне возможно уже подсоединить новый вакуумный усилитель тормозов к кронштейну и сборку проводить в обратной последовательности. Удачной дороги и без поломок.

Гидровакуумный усилитель тормозов

Рубрика: Тормозная система

Гидровакуумный усилитель тормозов дает возможность остановить автомобиль с меньшей затратой физической силы водителя.

Принцип действия усилителя заключается в использовании разрежения во впускной трубе двигателя для создания дополнительного давления в системе гидравлического привода рабочей тормозной системы.

При выходе из строя или нарушении герметичности вакуумного трубопровода или гидровакуумного усилителя резко снижается эффективность торможения.

Вследствие нарушения герметичности вакуумной системы во впускную трубу двигателя происходит постоянный подсос воздуха, который настолько обедняет смесь в седьмом и частично в четвертом цилиндрах, что воспламенение ее от искры не происходит. Несгоревшая рабочая смесь смывает смазку с зеркала цилиндра и приводит к сухому трению поршня и поршневых колец о гильзу, а наличие дорожной пыли усугубляет сухое трение и приводит аварийному износу деталей в указанных цилиндрах.

Гидровакуумный усилитель состоит из камеры усилителя, гидравлического цилиндра и клапана управления. Корпус камеры соединяется с впускной трубой и атмосферой через клапан управления.

Гидровакуумный усилитель тормозов

  1. диафрагма
  2. корпус
  3. тарелка диафрагмы
  4. толкатель поршня
  5. пружина
  6. вакуумный клапан
  7. атмосферный клапан
  8. крышка корпуса
  9. пружина атмосферного клапана
  10. корпус клапана управления
  11. пружина клапана
  12. поршень клапана управления
  13. перепускной клапан
  14. поршень
  15. клапан поршня
  16. манжета поршня
  17. толкатель клапана
  18. упорная шайба поршня
  19. цилиндр

Схема действия гидровакуумного усилителя. Момент торможения.

Работу гидровакуумного усилителя можно уяснить по схеме, приведенной выше. Если двигатель работает и тормозная педаль не нажата, то вакуум, образующийся во впускной трубе, передается в полости I и II клапана управления и в полости III и IV корпуса камеры усилителя. При этом давление на диафрагму 1 усилителя с обеих сторон одинаково, и она под действием пружины 5 занимает исходное положение.

При нажатии на тормозную педаль жидкость из главного цилиндра через трубопровод под давлением подается к гидравлическому цилиндру усилителя. Затем жидкость проходит через отверстие в поршне 14 и направляется к рабочим тормозным цилиндрам колес автомобиля. Одновременно с этим создается давление на поршень 12 клапана управления усилителя.

В первоначальный момент давление тормозной жидкости одинаково по всей гидравлической магистрали. При дальнейшем возрастании давления поршень клапана управления преодолеет сопротивление пружины и закроет вакуумный клапан 6. В этом время полости I и II разъединяются. При дальнейшем движении поршня открывается атмосферный клапан 7. Атмосферный воздух через воздушный фильтр поступает в полость III гидровакуумного усилителя.

Разность давления в полостях III и IV передается через диафрагму и толкатель на поршень 14 цилиндра усилителя, чем и создается дополнительное давление в гидравлической магистрали.

При снятии нагрузки с тормозной педали давление в гидравлической магистрали между главным цилиндром и клапаном управления падает. Это дает возможность пружине клапана управления за счет усилия ее сжатия поставить в исходное положение поршень клапана управления. При этом закрывается атмосферный клапан 7 и открывается вакуумный клапан 6. В полостях I, II, III, IV устанавливается одинаковый вакуум.

Диафрагма 1 под действием пружины 5, отойдя влево, вместе со штоком вернется в исходное положение. Поршень 14 дойдет до упорной шайбы, при этом откроется клапан 15.

Жидкость, вытесненная при торможении в магистраль, возвращается обратно в главный цилиндр, и тормозная система полностью растормаживается.

Усилители тормозных приводов.


Усилители тормозных приводов



Для облегчения работы водителя при торможении, а также сокращения тормозного пути автомобиля в гидравлических тормозных приводах применяются усилители, использующие для работы разрежение во впускном трубопроводе двигателя. Пневматический привод не нуждается в специальном усилителе – энергия сжатого воздуха позволяет создавать в тормозных механизмах моменты, достаточные для торможения автотранспортного средства любой массы и на любой скорости.

Усилители гидравлических тормозных приводов подразделяют на вакуумные и гидровакуумные. Если усилитель расположен между тормозной педалью и главным цилиндром, его называют вакуумным, если усилитель включен непосредственно в гидравлическую часть привода, его называют гидровакуумным.

***

Гидровакуумный усилитель тормозного привода

Гидровакуумный усилитель (рис. 1) состоит из трех основных частей: гидроцилиндра, вакуумной камеры и клапана управления.
В цилиндре гидровакуумного усилителя, соединенного с главным цилиндром, перемещается поршень с шариковым клапаном. Поршень связан с толкателем штифтом, который плотно прилегает к отверстию поршня, а с отверстием толкателя образует некоторый зазор.

В поршне выполнены прорезы для толкателя клапана, представляющего собой плоскую скобу с шипом на конце, которая может перемещаться относительно поршня на небольшую величину.
В цилиндре установлены перепускной клапан для выпуска воздуха и штуцер для подсоединения трубопроводов. Перемещение поршня ограничено упорной шайбой со стороны вакуумной камеры.

Корпус вакуумной камеры состоит из двух штампованных чашек, связанных хомутами. Между чашками, поджимаемыми пружиной, соединенной через тарелку с толкателем поршня, зажаты края мембраны. Левая полость вакуумной камеры перед мембраной соединена шлангом с полостью корпуса клапана управления, а правая полость за мембраной – с впускным трубопроводом двигателя.
Клапан управления состоит из поршня и мембраны, зажатой между двумя частями корпуса клапана управления. Вакуумный и воздушный клапаны соединены стержнем, удерживаемым в нижнем положении пружиной.
Воздушный фильтр клапана управления соединяется с внешней средой (атмосферой).

В исходном положении под воздействием пружины воздушный клапан, находящийся на одном стержне с вакуумным клапаном, закрыт. При этом правая полость вакуумной камеры, где создалось разрежение, сообщается через открытый вакуумный клапан с левой полостью. Мембрана вакуумной камеры находится в состоянии покоя.

Под действием силы, приложенной к тормозной педали, жидкость из главного цилиндра по трубопроводу поступает в гидроцилиндр усилителя и через открытый шариковый клапан поступает к колесным цилиндрам. При увеличении силы, действующей на педаль, давление жидкости возрастает, и поршень клапана управления вместе с мембраной и седлом вакуумного клапана поднимается вверх, преодолевая сопротивление возвратной пружины мембраны. При этом седло прижимается к вакуумному клапану, вследствие чего полости мембраны усилителя разобщаются.
При дальнейшем перемещении поршня и движении вакуумного клапана, связанного стержнем с воздушным клапаном, последний открывается, преодолевая сопротивление своей пружины, в результате чего воздух из окружающей среды поступает из полости клапана управления в левую полость вакуумной камеры усилителя.

Правая полость вакуумной камеры остается соединенной с впускным трубопроводом двигателя. Из-за разности давлений в полостях вакуумной камеры ее мембрана прогибается, перемещая вместе со штоком и поршень гидроцилиндра.
Шариковый клапан закрывается, и поршень гидроцилиндра создает дополнительное давление на жидкость, в результате чего в колесных тормозных цилиндрах давление увеличивается.



Следящее действие клапана управления обеспечивает пропорциональность усилия, прикладываемого к тормозной педали, и дополнительного усилия, развиваемого гидровакуумным усилителем. Отсутствие следящего механизма в усилителе привело бы к прогрессирующему возрастанию давления жидкости в приводе вплоть до полной остановки автомобиля даже при незначительном усилии на тормозную педаль.

Работа следящего устройства гидровакуумного усилителя заключается в следующем.
При торможении автомобиля давление тормозной жидкости, действующее на поршень клапана управления снизу, и давление пружины клапана и воздуха сверху в какой-то момент находятся в равновесии. Мембрана клапана управления опускается вниз, воздушный клапан закрывается, и поступление воздуха в левую полость вакуумной камеры усилителя прекращается.
Если водитель сильнее нажал на педаль, то под действием дополнительной порции тормозной жидкости поршень клапана управления поднимается, равновесие нарушится, воздушный клапан вновь приоткроется, впустив дополнительную порцию воздуха в левую полость вакуумной камеры. Давление на мембрану вакуумной камеры увеличится, соответственно возрастет усилие, создаваемое поршнем гидроцилиндра усилителя, затем вновь наступает состояние равновесия.

При растормаживании давление жидкости, действующей на поршень клапана, снижается. Мембрана клапана опускается, воздушный канал закрывается, вакуумный клапан открывается. Левая полость вакуумной камеры сообщается с правой полостью, и давление в них выравнивается. Возвратная пружина мембраны вакуумной камеры возвратит толкатель вместе с поршнем гидроцилиндра в исходное положение.
Толкатель клапана, дойдя до упорной шайбы, остановит и откроет своим шипом шариковый клапан.

При остановке двигателя запорный клапан автоматически разъединяет гидровакуумный усилитель и впускной трубопровод, вследствие чего в усилителе некоторое время поддерживается низкое давление, позволяющее выполнить одно-два торможения при неработающем двигателе. После этого эффективность торможения заметно снизится, что отразится в необходимости прикладывать существенное усилие к тормозной педали, поскольку при неработающем двигателе усилитель не работает.

***

Вакуумный усилитель тормозного привода

Вакуумный усилитель отличается от гидровакуумного тем, что механически непосредственно связан с тормозной педалью, поэтому на автомобилях располагается рядом с этой педалью со стороны моторного отсека.
Гидровакуумный усилитель встраивается в гидропривод после главного тормозного цилиндра и связан с ним посредством трубопроводов, поэтому может располагаться на автомобиле где угодно.

В корпусе вакуумного усилителя (рис. 2) размещается мембрана и поршень, обеспечивающий ее деформацию путем удлинения ее цилиндрической направляющей. В трубчатой части поршня располагается плоский клапан, взаимодействующий с двумя седлами – наружным и внутренним. Наружное седло принадлежит телу поршня и позволяет разобщать левую и правую полости усилителя. Внутреннее седло принадлежит плунжеру, связанному со штоком тормозной педали.

В расторможенном состоянии при отпущенной педали седло внутреннего клапана прижато к клапану, а между наружным седлом и клапаном имеется щель, соединяющая каналом левую и правую (от тормозной педали) полость, в результате чего в обеих полостях устанавливается одинаковое низкое давление.

При нажатии на педаль плунжер выбирает зазор, после чего продолжает движение влево вместе с поршнем и, толкая перед собой резиновый диск, вызывает срабатывание главного цилиндра. Одновременно происходит закрытие наружного клапана и открытие внутреннего клапана. Воздух через фильтр и канал поступает в правую полость усилителя.
Перепад давлений между полостями создает силу, которая через пружину передается на шток главного цилиндра, суммируясь с силой, прикладываемой к этому штоку водителем через педаль, шток и плунжер. Давление воздуха в правой полости, определяющее силу, создаваемую усилителем, устанавливается в момент закрытия внутреннего клапана.

Недостатком данной конструкции усилителя является то, что он, будучи конструктивно связан с тормозной педалью, может располагаться только в двигательном отсеке, который в современных автомобилях (особенно легковых) недостаточно большой. Поэтому на легковых автомобилях применяют исполнительный механизм усилителя, состоящий из двух мембран, что позволяет уменьшить диаметр усилителя.

Как и в гидровакуумном, в вакуумном усилителе имеется запорный клапан, позволяющий некоторое время поддерживать разрежение в вакуумной камере после остановки двигателя и выполнять одно-два торможения. После израсходования этого запаса эффективность торможения будет зависеть только от физического усилия, оказываемого водителем на педаль тормоза.

***

Тормозные механизмы


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Как работает вакуумная лампа | Принцип работы

Вакуумная лампа является прямым результатом эксперимента Томаса Эдисона с лампой накаливания. В этом эксперименте в вакуумную колбу, содержащую нить накала, помещали металлическую пластину. Между световой нитью и пластиной были подключены батарея и последовательный измеритель.

В этот момент Эдисон обнаружил, что электрический ток будет течь через свет, если положительный полюс батареи будет подключен к пластине. Однако, если бы отрицательная клемма аккумулятора была подключена к пластине, ток не протекал бы.См. Рисунок 1 .

В то время электронная теория еще не была открыта, и течение тока через свет было загадкой.

Рис. 1. Принципиальная схема открытия Эдисона.

Сегодня мы разбираемся в теории электронов. Некоторые металлы и оксиды металлов при нагревании отдают свободные электроны. Тепло дает электронам достаточно энергии, чтобы заставить их оторваться от сил, удерживающих их на орбите. Они становятся свободными электронами.Этот процесс известен как термоэлектронная эмиссия .

В эксперименте Эдисона облако свободных электронов испускалось из нити накаливания лампочки. Когда в колбу помещали положительную пластину, свободные электроны притягивались к пластине. (В отличие от притяжения зарядов.) Поток электронов означает наличие тока.

Измеритель, прикрепленный к цепи пластины, показал, что электроны проходят от нити к пластине. Вакуумная лампа использует те же принципы, которые были открыты в лаборатории Томаса Эдисона.

Термоэлектронные излучатели

Материалы с улучшенным излучением были разработаны за годы, прошедшие после углеродной нити Эдисона. Многие материалы при нагревании до точки выброса плавятся.

В течение многих лет вольфрам казался лучшим материалом. Для правильного излучения требовалось много тепла, но он был прочным и долговечным. Вольфрам до сих пор используется в больших мощных электронных лампах.

Для снижения рабочих температур и энергопотребления был разработан эмиттер из тория-вольфрама.Он состоял из тонкого слоя тория, помещенного на вольфрамовый эмиттер.

Торий — один из самых тяжелых металлических элементов. Его символ — Th, а его атомный вес — 232,04. Этот тип эмиттера производит правильное излучение при гораздо более низких температурах, чем чистый вольфрам.

Наиболее эффективным излучателем является эмиттер с оксидным покрытием. Эмиттер представляет собой металл, например никель. На эмиттере образуется тонкий слой оксида бария или стронция. Из-за низкого энергопотребления и высокой эмиссии этот тип излучателя широко использовался в электронных лампах для радиоприемников, телевизоров и других электронных устройств.

Термоэмиссионные вакуумные трубки

Катоды

Эмиттер в вакуумной трубке называется катодом . Тепло может подаваться как напрямую, так и опосредованно. Оба метода имеют определенные преимущества. Схемы обоих типов труб показаны на рис. 2 .

Оборудование, в котором для питания используются батареи, лучше всего работает с катодами прямого нагрева. Потери тепла меньше, а нить накала можно спроектировать так, чтобы во время использования потреблялось лишь небольшое количество энергии.

Рис. 2. Схематические обозначения катодов с прямым и непрямым нагревом.

Когда источник переменного тока под рукой, более полезен катод косвенного нагрева. Потери мощности невелики, а источник напряжения нагревателя и катод могут быть разделены. Это устраняет любое гудение в цепи.

Диоды

Диод состоит из двух электродов. В случае лампового диода двумя электродами являются катод и пластина. Опять же, катод можно нагревать прямо или косвенно.Пластина представляет собой круглый кусок металла, который окружает все элементы в трубке. Пластина действует как коллектор электронов, испускаемых катодом. См. Рисунок 3 . Соединения нагревателя: H 1 и H 2 . Эти соединения могут быть подключены к источнику переменного тока.

Рис. 3. Схема диода показывает направление потока электронов.

Первая цифра в названии трубки — это приблизительное напряжение, которое должно быть подано на нагреватели. Например, на лампу 6Н6 нужно 6,3 вольта; 12AX7 нужно 12,6 вольт; 25Z6 нужно 25 вольт.

Когда трубка в Рисунок 3 включена, нагреватели косвенно нагревают катод. Это вызывает термоэлектронную эмиссию электронов. Если диодная пластина соединена с положительной клеммой батареи в цепи, электроны будут течь в цепи от катода к пластине. Если соединения поменять местами, электроны не будут течь. Эта электронная трубка действует как односторонний клапан. Он допускает поток электронов только в одном направлении.

При определенной температуре катод испускает наибольшее количество электронов. Эти электроны образуют заряд вокруг катода. Катод сделан слегка положительным из-за эмиссии электронов. Некоторые из этих электронов притягиваются обратно к катоду.

Когда пластина становится положительной, к ней притягивается много электронов. Это поток электронов. Пластину можно сделать более положительной, подав более высокое напряжение. Притягивается большее количество электронов, и ток увеличивается.

Диод: электронов текут от горячего катода к положительному аноду, а не наоборот

На рис. 4 показано увеличение тока в результате увеличения напряжения на аноде. В какой-то момент по мере увеличения напряжения все испускаемые электроны будут притягиваться к пластине. Любое дальнейшее увеличение напряжения не приведет к увеличению тока. Это называется точкой насыщения электронной лампы .

Рисунок 4. По мере увеличения напряжения пластины ток пластины увеличивается до точки насыщения.

Триоды

Триод представляет собой трехэлементную лампу, состоящую из катода, пластины и сетки. Триод был разработан доктором Ли ДеФорестом. В своих экспериментах ДеФорест вставлял тонкую проволочную сетку между катодом и пластиной трубки. При этом он смог контролировать поток электронов через трубку. Эта проволочная сетка представляет собой сетку .

Сетка в триоде чаще всего имеет цилиндрическую форму и окружает катод.Пространство между проволоками сетки позволяет электронам проходить к пластине. Сетка управляет потоком электронов и обычно называется управляющей сеткой.

Поток электронов регулируется изменением напряжения пластины. В триоде сетка также влияет на поток электронов. Например, , отрицательная сетка будет отталкивать много электронов обратно к катоду. Это ограничивает количество электронов, переходящих на пластину.

По мере того, как сетка становится все более и более отрицательной, достигается точка, в которой электроны перестают течь к пластине.Это точка отсечки трубки . Это величина отрицательного напряжения, приложенная к управляющей сетке, которая останавливает поток электронов. Напряжение, подаваемое на управляющую сетку, называется напряжением смещения . При отсечке это называется смещением отсечки .

Триод: напряжение, подаваемое на сетку, управляет током пластины (анода).

Триод с пластинчатым и сеточным напряжением показан на рис. 5 . Обратите внимание, что отрицательная клемма батареи смещения сетки подключена к сети.В электронике эти напряжения имеют специальные названия, такие как A, B и C.

Напряжение A предназначено для нагревателей в трубке. Напряжение B предназначено для пластины трубки. Напряжение C предназначено для сетки трубки.

Рис. 5. Эта схема триода показывает соединения для напряжения анода и напряжения смещения сетки.

На рис. 6 показан ток через электронную лампу при изменении смещения сетки. Напряжение пластины поддерживается на постоянном уровне.Кривая на этом графике построена путем измерения значения тока при каждом изменении напряжения сети. При отрицательном смещении сетки два вольта ток составляет восемь мА. При отрицательных шести вольтах ток падает до трех мА.

Рис. 6. Изменение анодного тока в результате изменения напряжения в сети. Напряжение пластины поддерживается на постоянном уровне .

Тетроды

Без цепей нейтрализации триод ограничен как усилитель из-за шунтирующего действия емкости электродов на высоких частотах, Рисунок 7 .Для преодоления этого недостатка в триод вставлена ​​еще одна сетка. Эта сетка называется сеткой экрана . Он размещается между контрольной сеткой и пластиной. Полученная четырехэлементная трубка (катод, управляющая сетка, сетка экрана и пластина) называется тетрод, Рисунок 8 .

Рис. 7. Пунктирные линии показывают емкость между элементами в трубке.

Рис. 8. Символ тетрода.

Экранная сетка зашунтирована на землю снаружи через конденсатор.Сетка является хорошим экраном между управляющей сеткой и пластиной и останавливает емкость сетки-пластины (CGP).

На экранную сетку подается постоянное напряжение, немного меньшее по величине, чем напряжение пластины. Сетка экрана увеличивает скорость прохождения электронов между катодом и пластиной. Некоторые электроны прикреплены к сетке экрана, вызывая протекание тока в цепи экрана. Однако большая часть электронов проходит через экран на пластину.

В тетроде возможно высокое усиление, поскольку управляющая сетка расположена очень близко к катоду.Уменьшение или увеличение напряжения пластины мало влияет на ток пластины из-за изолирующего эффекта экранной сетки.

Пентоды

В то время как тетрод состоит из четырех элементов, пентод состоит из пяти элементов. В тетроде электроны ускоряются, чтобы с силой ударить по пластине. Когда это происходит, свободно удерживаемые на пластине электроны выбиваются в свободное пространство. Они образуют объемный заряд вокруг пластины. Это называется вторичной эмиссией.

Некоторые из этих электронов притягиваются к экрану. Они снижают полезный ток пластины через трубку. Этот эффект более выражен, когда напряжение анода ниже напряжения экрана.

Для преодоления недостатков вторичной эмиссии в трубку между сеткой экрана и пластиной помещается третья сетка. Эта сетка называется сеткой-подавителем. Лампа теперь состоит из пяти элементов (катод, управляющая сетка, экранная сетка, подавляющая сетка и пластина). Эта лампа называется пентод, рисунок 9 .

Подавляющая сетка внутренне соединена с катодом на катодном потенциале.Эта сетка отталкивает свободные электроны, образующиеся в результате вторичной эмиссии, и отталкивает их обратно к пластине.

Рис. 9. Символ пентода.

Эти лампы имеют высокие коэффициенты усиления и высокое сопротивление пластины. Межэлектродная емкость минимальна. Когда-то пентоды использовались в качестве усилителей радиочастоты (ВЧ) и усилителей мощности звука.

Устройство и принцип работы вакуумного усилителя тормозов

Вакуумный усилитель является одним из неотъемлемых элементов тормозной системы автомобиля. Основное его назначение — увеличение усилия, передаваемого от педали к главному тормозному цилиндру. За счет этого управление автомобилем становится легче и комфортнее, а торможение эффективным. В статье мы разберем, как работает усилитель, выясним, из каких элементов он состоит, а также выясним, можно ли обойтись без него.

Пылесос секционный

Основными функциями пылесоса (общее обозначение устройства) являются:

  • увеличение силы нажатия водителем на педаль тормоза
  • обеспечение более эффективной работы тормозной системы при экстренном торможении

Вакуумный усилитель создает дополнительную силу за счет возникающего вакуума.И именно это усиление в случае экстренного торможения автомобиля, движущегося с большой скоростью, позволяет с высокой эффективностью отрабатывать всю тормозную систему.

Вакуумный усилитель тормозов

Конструктивно вакуумный усилитель представляет собой герметичный корпус округлой формы. Он установлен перед педалью тормоза в моторном отсеке. На его корпусе находится главный тормозной цилиндр. Есть еще один тип устройства — гидровакуумный усилитель тормозов, входящий в состав гидравлической части привода.


Схема вакуумного усилителя тормозов

Вакуумный усилитель тормозов состоит из следующих элементов:

  • рама
  • светосила (две камеры)
  • пилотный клапан
  • Толкатель педали тормоза
  • шток тормозного поршня
  • возвратная пружина

Корпус аппарата разделен диафрагмой на две камеры: вакуумную и атмосферную. Первый расположен со стороны главного тормозного цилиндра, второй — со стороны педали тормоза.Через обратный клапан бустера вакуумная камера соединяется с источником разрежения (вакуума), который на автомобилях с бензиновым двигателем используется впускным коллектором перед подачей топлива в цилиндры.


Вакуумный насос

В дизельном двигателе источником вакуума является электрический вакуумный насос. Здесь разрежение во впускном коллекторе ничтожно мало, поэтому помпа просто необходима. Обратный клапан вакуумного усилителя тормозов отключает его от источника вакуума при остановленном двигателе, а также в случае выхода из строя электровакуумного насоса.

Мембрана соединяется со штоком главного тормозного цилиндра со стороны вакуумной камеры. Его перемещение обеспечивает движение поршня и впрыск тормозной жидкости в колесные цилиндры.

Атмосферная камера в исходном положении соединена с вакуумной камерой, а при нажатии педали тормоза — с атмосферой. Сообщение с атмосферой обеспечивается следящим клапаном, движение которого происходит с помощью толкателя.

Для повышения эффективности торможения в аварийной ситуации в конструкцию пылесоса может быть включена система экстренного торможения в виде дополнительного электромагнитного привода тяги.

Принцип работы вакуумного усилителя тормозов

Вакуумный усилитель тормозов работает за счет разного давления в камерах. При этом в исходном положении давление в обеих камерах будет одинаковым и равным давлению, создаваемому источником вакуума.

При нажатии на педаль тормоза толкатель передает усилие на толкающий клапан, который перекрывает канал, соединяющий обе камеры. Дальнейшее движение клапана способствует соединению атмосферной камеры через соединительный канал с атмосферой. В результате вакуум в камере снижается. Разность давлений в камерах приводит в движение шток главного тормозного цилиндра. По окончании торможения камеры снова соединяются и давление в них выравнивается.Диафрагма под действием возвратной пружины принимает исходное положение. Пылесос работает пропорционально силе нажатия на педаль тормоза, т.е. чем сильнее водитель нажимает на педаль тормоза, тем эффективнее будет работать устройство.

Датчики вакуумного усилителя


Вакуумный усилитель с датчиком хода диафрагмы

Эффективную работу вакуумного усилителя с высочайшим КПД обеспечивает пневматическая система экстренного торможения. Последний включает в себя датчик, измеряющий скорость движения стержня усилителя. Он находится непосредственно в усилителе.

Также в пылесосе есть датчик определяющий степень разрядки. Он предназначен для сигнализации отсутствия вакуума в усилителе.

Заключение

Вакуумный усилитель тормозов – обязательный элемент тормозной системы. Конечно, без этого можно обойтись, но не обязательно. Во-первых, вам придется затрачивать больше усилий при торможении, возможно, вам даже придется нажимать на педаль тормоза обеими ногами.А во-вторых, ездить без усилителя небезопасно. В случае экстренного торможения может просто не хватить тормозного пути.

электронная лампа | Britannica

электронная лампа , также называемая электронной лампой , устройство, обычно состоящее из герметичного стеклянного или металлокерамического корпуса, которое используется в электронных схемах для управления потоком электронов. Среди распространенных применений электронных ламп — усиление слабого тока, преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), генерация колеблющейся радиочастотной (RF) мощности для радио и радаров, а также создание изображений на экране. экран телевизора или монитор компьютера.Распространенные типы электронных ламп включают магнетроны, клистроны, гиротроны, электронно-лучевые трубки (такие как тиратрон), фотоэлементы (также известные как фототрубки), а также неоновые и люминесцентные лампы.

До конца 1950-х электронные лампы использовались практически во всех видах электронных устройств — компьютерах, радиоприемниках, передатчиках, компонентах высококачественных звуковых систем и так далее. После Второй мировой войны транзистор был усовершенствован, и твердотельные устройства (на основе полупроводников) стали использоваться во всех приложениях при малой мощности и низкой частоте.Поначалу считалось, что твердотельная технология быстро сделает электронную лампу устаревшей. Однако этого не произошло, поскольку каждая технология стала доминировать в определенной частоте и диапазоне мощности. На более высоких уровнях мощности (сотни ватт) и частотах (выше 8 гигагерц [ГГц]) преобладают электронные лампы, а на более низких уровнях — твердотельные устройства. Для радиопередатчиков, радиолокационных систем и средств радиоэлектронной борьбы всегда требовались высокие уровни мощности, а для систем микроволновой связи могут потребоваться уровни мощности в сотни ватт.Энергию в этих случаях часто обеспечивают клистроны, магнетроны и лампы бегущей волны. Чрезвычайно высокие уровни средней мощности — несколько мегаватт на частотах выше 60 ГГц — достигаются гиротронами; они используются в основном для радаров дальнего космоса, микроволнового оружия и драйверов для ускорителей частиц высокой энергии.

Технология вакуумных трубок продолжает развиваться благодаря сочетанию инновационных устройств, более глубокому пониманию благодаря улучшенному математическому моделированию и дизайну, а также внедрению превосходных материалов.Полоса пропускания, в которой работают электронные лампы, увеличилась более чем вдвое с 1990 года. Эффективность преобразования мощности постоянного тока в мощность ВЧ в некоторых устройствах увеличилась до 75 процентов. Новые материалы, такие как алмаз для диэлектриков, пиролитический графит для коллекторов и новые редкоземельные магниты для управления лучом, значительно улучшают мощность и эффективность современных электронных ламп.

Принцип работы электронных ламп

Электронная лампа имеет два или более электродов, разделенных либо вакуумом (в вакуумной трубке), либо ионизированным газом при низком давлении (в газовой трубке).Его работа зависит от генерации и переноса электронов через трубку от одного электрода к другому. Источником электронов является катод, обычно металлический электрод, который испускает поток электронов с помощью одного из нескольких механизмов, описанных ниже. После испускания электронов их движение контролируется электрическим полем, магнитным полем или тем и другим. Электрическое поле создается приложением напряжения между электродами в трубке, в то время как магнитное поле может создаваться снаружи трубки с помощью электромагнита или постоянного магнита.В своей простейшей форме электрон притягивается и ускоряется положительным электродом (пластиной или анодом), а отталкивается и замедляется отрицательным электродом (катодом). Электрическое поле можно использовать для изменения пути потока электронов, изменения количества протекающих электронов (изменения электрического тока) и изменения их скорости. Магнитное поле служит главным образом для управления движением электронов от одного электрода к другому.

Эмиссия электронов

В самом общем смысле эмиссия электронов возникает в результате направления энергии в виде тепла, столкновений атомного масштаба или сильных электрических полей к катоду таким образом, что электроны внутри материала получают достаточно кинетическая энергия, необходимая для отрыва от поверхности.Наиболее широко используемый механизм в электронных лампах — это термоэлектронная эмиссия или эмиссия электронов при подводе тепла.

Количество энергии, необходимое для высвобождения электронов из данного материала, называется его электронной работой выхода. Из этого следует, что идеальными материалами для катодов являются материалы с наименьшей работой выхода электронов. Барий, стронций и торий обычно используются для катодов из-за их низкой работы выхода электронов, от 1,2 до 3,5 электрон-вольт (эВ). Были обнаружены новые экспериментальные материалы, такие как скандат (сплав бария и оксида скандия), с несколько более низкими электронными работами выхода.

Анод, тем временем, обычно сделан из хорошего проводника, такого как железо, никель или углерод, который не испускает легко электроны при типичных рабочих температурах.

При нагревании твердых тел до высоких температур — около 1000 °C (1800 °F) или выше — с поверхности могут испускаться электроны. (Это явление впервые наблюдал американский изобретатель Томас Альва Эдисон в 1883 году и известно как эффект Эдисона.) Термоэлектронная эмиссия до конца не изучена, но исследователи смогли описать ее математически, используя волновую механику.

Наиболее популярные модели основаны на уравнении Ричардсона-Душмана, выведенном в 1920-х годах, и уравнении Ленгмюра-Чайлда, сформулированном вскоре после этого. Первый утверждает, что ток на единицу площади, Дж , определяется как где к — постоянная Больцмана, А — постоянная материала и его отделки поверхности и теоретически составляет около 120 ампер на квадратный сантиметр на кельвин. , T — температура твердого тела, W — его работа выхода.

Поскольку электроны испускаются под воздействием тепла, перед катодом может образоваться электронное облако. Такое облако отталкивает низкоэнергетические электроны, которые возвращаются к катоду. Этот механизм ограничения удачно называют операцией, ограниченной пространственным зарядом. В таком устройстве, как диод, положительное напряжение, подаваемое на анод, притягивает электроны из облака. Чем выше напряжение, тем больше электронов течет к аноду до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение насыщения, после чего все испускаемые электроны устремляются к аноду (так называемый ток насыщения).В режиме ограниченного пространственного заряда плотность тока Дж описывается законом Ленгмюра-Чайлда, где В a — анодное напряжение, а d — расстояние между анодом и катод. Ключевыми характеристиками термоэлектронной эмиссии, наблюдаемыми и предсказанными уравнениями (1) и (2), являются область, ограниченная температурой, и область, ограниченная пространственным зарядом. Многие исследования были посвящены переходу между областями и уменьшению работы выхода катодных материалов.

При бомбардировке металла или диэлектрика ионами или электронами электроны внутри материала могут приобрести достаточную кинетическую энергию для испускания с поверхности. Бомбардирующие электроны называются первичными, а испускаемые электроны — вторичными. Количество вторичной эмиссии зависит от свойств материала, энергии и угла падения первичных электронов. Свойства материала характеризуются коэффициентом вторичной эмиссии, определяемым как количество вторичных электронов, испускаемых на один первичный электрон.Как правило, максимальный коэффициент вторичной эмиссии составляет от 0,5 до 1,5 для чистых металлов и имеет место при энергиях падающих электронов от 200 до 1000 эВ. Примерное энергетическое распределение вторичных электронов, испускаемых чистым металлом, искажено таким образом, что около 85% из них имеют энергию менее 20 эВ.

Бомбардировка положительными ионами также может вызывать вторичную эмиссию, но она намного менее эффективна, чем бомбардировка электронами, потому что только небольшая часть энергии иона может быть передана (гораздо более легким) электронам.

На эмиссию электронов влияет электрическое поле, приложенное к катоду. При очень сильных электрических полях эмиссия электронов становится независимой от температуры, поскольку потенциальный барьер на поверхности катода делается чрезвычайно узким, и электроны туннелируют через барьер даже при малой кинетической энергии. Напряженность электрического поля должна быть около миллиарда вольт на метр, чтобы вызвать эмиссию поля.

Движение электронов в вакууме

В основе всех электронных устройств лежит динамика заряженных частиц под действием различных электрических и магнитных полей.Движение электрона в однородном поле задается простым применением второго закона движения Исаака Ньютона, сила = масса × ускорение, в котором сила действует на электрон приложенным электрическим полем E (измеряется в вольтах за метр). Математически уравнение движения электрона в однородном поле записывается следующим образом: масса электрона 9.109 × 10 −31 кг, а d v / d t обозначает скорость изменения скорости, то есть ускорение электрона.

Если также присутствует магнитное поле, электрон будет испытывать вторую силу, но только тогда, когда электрон находится в движении. Тогда сила будет пропорциональна произведению заряда и составляющей скорости, которая перпендикулярна электрическому полю E и плотности магнитного потока B (измеряется в веберах на квадратный сантиметр).Сила будет направлена ​​перпендикулярно как электрическому полю, так и скорости электрона. Таким образом, электрон, движущийся параллельно электрическому полю и под прямым углом к ​​однородному магнитному полю, будет отклоняться в направлении, перпендикулярном как магнитному, так и электрическому полю. Поскольку сила постоянно перпендикулярна скорости, электрон будет двигаться по идеально круговой траектории и будет поддерживать это движение со скоростью, называемой циклотронной частотой, ω c , определяемой как e / m B .Окружность, описываемая электроном, имеет радиус, равный м v / e B . Это круговое движение используется во многих электронных устройствах для генерации или усиления радиочастотной (РЧ) энергии.

Электрон, движущийся параллельно однородному магнитному полю, не подвергается влиянию этого поля, но любое отклонение от параллельности приводит к возникновению перпендикулярной составляющей скорости и, следовательно, к силе. Эта сила придает почти параллельному электрону спиральное движение вокруг направления магнитного поля, удерживая его от отклонения далеко от параллельного пути.Уравнение движения в любом из этих случаев имеет вид где v — скорость электрона в метрах в секунду в перпендикулярном направлении к плоскости B и v , а θ — угол между направлениями В и против . Плотность магнитного потока выражается в веберах на квадратный сантиметр (1 вебер на сантиметр 2 = 10 4 Гаусс = 10 7 /4π ампер на метр).

Интересна также ситуация, когда магнитное и электрическое поля перпендикулярны друг другу. Эта конфигурация используется в устройствах фокусировки луча, а также в классе устройств, называемых магнетронами ( см. в разделе Магнетроны). В этом случае движение электронов представляет собой комбинацию поступательных и круговых траекторий. Полученная траектория представляет собой циклоиду.

Уравнений (3) и (4) достаточно для определения пути и времени прохождения электронов в электронной трубке, за исключением того, что они требуют знания E и B , и они могут зависеть от присутствия электроны или ионы.Токи в электронных лампах в большинстве случаев достаточно малы, чтобы их влияние на магнитное поле обычно было незначительным. Однако нельзя всегда пренебрегать кумулятивным влиянием заряда электрона или иона (называемого объемным зарядом) на электрическое поле, и это создает вычислительные трудности, если только геометрия не проста. Кроме того, электродные токи настолько зависят от объемных зарядов, что рабочие характеристики электронных ламп в значительной степени определяются этими зарядами. Электрическое поле с пространственным зарядом или без него можно определить с помощью электростатической теоремы Гаусса, в которой говорится, как электрические поля связаны с зарядами.В основном скорость изменения E с расстоянием равна ρ/ε 0 , где ρ — плотность электрического заряда в кулонах на метр, а ε 0 — диэлектрическая проницаемость 8,85 × 10 −12 . фарад на метр.

Ток на единицу площади, i , поступающий на любую поверхность, например, на электрод в трубке, представляет собой скорость изменения заряда на этой поверхности во времени. Этот ток представляет собой сумму двух компонентов, один из которых представляет собой фактическое прибытие электронов на электрод, а другой возникает в результате изменения индуцированного заряда при любом изменении электрического поля во времени.Таким образом, I — сумма ρ v + ε 0 0 , где V — это электронная плотность и d d / d t — переменное во времени электрическое поле. При низких частотах работы или в стационарных условиях второе слагаемое не имеет значения. На высоких частотах наоборот. Это уравнение и уравнение, связывающее электрические поля с зарядами, являются фундаментальными для всех явлений высоковакуумных электронных ламп и достаточны для получения теоретических решений.

Фундаментальное значение большого класса электронных устройств заключается в их способности усиливать мощность. Это усиление мощности является результатом преобразования энергии, хранящейся во внешнем источнике питания, в выходную энергию в цепи нагрузки электронного устройства. Механизм, делающий возможным это преобразование, — изменение кинетической энергии электрона при его ускорении или торможении электрическим полем. Поскольку энергия сохраняется, радиочастотное поле будет увеличиваться (усиление), если электроны теряют кинетическую энергию, и, наоборот, оно будет уменьшаться, если электроны приобретают кинетическую энергию.

Когда модулированный конвекционный ток электронов течет в электрическом поле с той же частотой модуляции, передача мощности P между полем и электроном определяется выражением где E — электрическое поле. Оба l c и E являются комплексными величинами; подставляя их значения в уравнение (5) и разделяя действительную и мнимую части, получаем, что ϕ l и ϕ E — фазовые углы модулированного конвекционного тока и электрического поля соответственно.Понимание смысла уравнений (6) и (7) можно получить, рассмотрев физическую картину. Можно предположить, что поток отрицательных электронов (конвекционный ток) индуцирует положительные заряды на электродах, от которых исходит поле E . Если фаза правильная, что означает, что индуцированные заряды конструктивно добавляются к току, связанному с модулированным полем E , поле E растет. Таким образом, в уравнениях (6) и (7) и становится равным нулю. Наоборот, если фазы разнесены на 180°, стремится к нулю, и мощность передается от поля к электронному току.На практике для получения модуляции плотности в электронном пучке используются разные методы ( см. ниже ).

Типы электронных ламп Учебное пособие

Ⅰ 

Вакуумная лампа Определение

Вакуумная лампа , , также называемая электронной лампой или клапаном ,  является одним из первых компонентов усилителя электрического сигнала в электронике. К основанию трубки приварены катодная электронно-эмиссионная часть, управляющая сетка, ускорительная сетка и вывод анода (экрана), заключенные в стеклянный контейнер (как правило, стеклянную трубку).Принцип заключается в том, что электрическое поле используется для ввода сигнала электронной модуляции в управляющий затвор в вакууме, а данные сигнала с различными параметрами получаются на аноде после усиления сигнала или генерации обратной связи. Внутренняя часть стеклянной бутылки вакуумируется, чтобы облегчить поток свободных электронов, и потери на окисление нити могут быть эффективно уменьшены.

Вакуумные лампы/клапаны: в этом видео мы рассмотрим 10 вещей, которые вам нужно знать о вакуумных лампах.

Каталог


Ⅱ Классификация вакуумных трубок

Чтобы правильно использовать трубку, вы должны знать, какую классификацию она имеет. Вот краткое введение.

В зависимости от их различных применений электронные лампы можно разделить на трубки для усиления напряжения, трубки для усиления мощности, надувные трубки, тиратроны, трубки зажигания, трубки преобразования частоты, трубки выпрямителя, трубки обнаружения, трубки индикатора настройки, трубки регулятора напряжения и т. д. на.

Электронную лампу можно разделить на лампу с усилением напряжения, триод, тетрод, пентодную трубку, гексод, пентагрид, октод, эннеод и композитную трубку в зависимости от количества электродов. Более трех полюсов электрической трубки также называют многополюсной трубкой или трубкой с несколькими сетками.

Таблица 1. Распространенные типы вентилей и электронных ламп

Клапан Тип

Количество электродов

Количество сетчатых электродов

Триод

3

1

Тетрод

4

2

Пентод

5

3

Гексод

6

4

Гептод

7

5

Октод

8

6


  • По внешнему виду

Трубка может быть разделена на стеклянную трубку в форме бутылки (трубка ST), трубка в форме желудя, цилиндрическая стеклянная трубка (трубка GT), большая стеклянная трубка (трубка G-типа), металлическая фарфоровая трубка, маленькая трубка в соответствии с к его форме и материалу корпуса (также известному как трубка MT), трубка башни (световая трубка), сверхмалая трубка (трубка-карандаш) и так далее.

Электронная трубка может быть разделена на трубку с нитью накаливания (ток проходит непосредственно через катод для достижения состояния тепловой эмиссии электронов) и трубку с нагревателем катода (нагрев катода через нить накала рядом с катодом) в соответствии с режимом нагрева катод.

Электронная трубка может быть разделена на экранирующую трубку с резким отсечением и экранирующую трубку с дистанционным отключением в соответствии с методом экранирования.

Трубки можно разделить на трубки с водяным охлаждением, трубки с воздушным охлаждением и трубки с естественным охлаждением в зависимости от метода охлаждения.

 

Ⅲ Детали конкретных вакуумных трубок

Следующие сведения о нескольких вакуумных трубках:

   1)  диод

Металлическая пластина (катод), источник нагрева (нить накала) и пластина прямого напряжения (анод) упаковываются в подходящую оболочку, то есть в стеклянную (или металлическую, керамическую) упаковку, а затем вакуумируются до состояния вакуума . Это электронный диод.

Следует отметить, что из-за производственного процесса, налипания примесей и самого материала в трубке остается небольшое количество остаточного газа, и готовая трубка покроется газопоглотителем во внутренней трубе.Геттер, как правило, представляет собой испаряемый цирконий-алюминий или цирконий-ванадиевый материал, легированный азотом, в дополнение к специальным применениям (таким как УВЧ, выпрямление высокого напряжения и т. д.).

   2) триод

Структура диода определяет его однонаправленную проводимость. Когда между катодом и анодом подается полюс с соответствующим напряжением, это напряжение изменяет поверхностный потенциал катода, тем самым воздействуя на горячие электроны катода, текущие к аноду.Это полюс модуляции, который обычно представляет собой спиральную сетку из проволоки, поэтому ее называют сеткой, играющей роль в функции клапана. Известно, что при подаче напряжения усиленного сигнала между затвором и катодом анодный ток соответственно изменится из-за его изменения, причем анодное напряжение намного выше катодного, хотя небольшое изменение напряжения между катодами также вызывает анод для создания соответствующего изменения напряжения в десятки и сотни раз, что является принципом триодного усиления сигнала напряжения.

   3) лучевой тетрод

Чисто по смыслу тетрод появился только как проверочная трубка в истории развития трубки и не вошел в практическое применение. В товарных усилителях более половины используемых моделей — лучевые тетроды. Это своего рода силовая лампа, и требование к силовой лампе состоит в том, чтобы генерировать как можно больший анодный ток. Кроме того, он имеет некоторые специальные конструкции электрода, так что он может формировать больший анодный ток, чем другие силовые лампы, при условии сохранения разницы в объеме с другими силовыми лампами.

  • структурные характеристики

A. Катод имеет эллиптическую форму, что увеличивает эффективную площадь эмиссии, тем самым увеличивая количество эмиссии горячих электронов.

B. Как и в случае с триодом, между затвором подавления и анодом лучевого тетрода добавляется занавесочная сетка.

C. Между экраном и анодом добавлена ​​пара дугообразных металлических пластин, это кластерный экран. Кластерный экран соединен с катодом в трубке и эквипотенциален катоду, что заставляет поток электронов, прошедших через сетку экрана, быть направленным к аноду только в радиальном состоянии на отверстии дугообразного металлического листа.

 

   4) пентод

Пентод основан на триоде, и добавлены два затвора, чтобы сформировать электронную лампу с тремя затворами. Специальная структура позволяет уменьшить межэлектродную емкость и увеличить коэффициент усиления.

 

   5) многоблочная туба

Композитная трубка образуется путем объединения двух или трех отдельных трубок в одну трубку.

 

   6) трубка электронно-лучевого осциллографа

Широко используется в электронных осциллографах для отображения осциллограмм изменений электрических величин.Он состоит из электронной пушки, дефлектора и люминесцентного экрана. Кроме того, электрическое поле управляет траекторией потока электронов.

 

   7) кинескоп

Он состоит из электронной пушки, отклоняющего хомута, полюса высокого напряжения и флуоресцентного экрана, а электрическое и магнитное поля контролируются для управления траекторией потока электронов.

 

Примечание: газонаполненная электронная лампа

Особенности: насыщение и пробой

По причинам проводимости катод притягивается к аноду, освобождая носитель, который является проводящим; однако катод испускает ограниченные электроны, что приводит к насыщению.Но когда напряжение слишком велико, скорость движения электрона от катода к аноду увеличивается, и инертный газ внутри ударяется. Электроны газа становятся переносчиками, и этот цикл приводит к резкому увеличению тока, вызывая пробой.

(1) Пробой также производит положительный заряд, но он тяжелее и медленнее движется, не является основной причиной резкого увеличения тока.

(2) Лучше всего иметь токоограничивающий резистор на случай пробоя, иначе будет повреждена цепь.

(3) Напряжение относительно стабильно после пробоя, так как небольшое увеличение напряжения вызывает большое изменение тока.

(4) Пробой можно восстановить и вернуть в состояние насыщения.

 

Ⅳ Обычные вакуумные трубки для продажи

Выпрямительный диод

12Ф, 81, 35В4, 25М-К15, 5МК9

Выпрямитель Двойной диод

80, 82, 83, 5Z3, 5AR4, 5U4, 6X4, 5Y3

Детекторный диод

6АЛ5, ЭАА91, 6Х6

Трубка индикатора настройки

6Е5, ЭМ80

Триодный ламповый усилитель

6C4

Двойной ламповый триодный усилитель

12AX7, 12AU7, 12AT7, 12BH7A, 6DJ8, 6SN7

Силовой триод

45, ВЭ300Б, 2А3, 211, 845, 8045Г

Мощный двойной триод

6336А, 6080

Мощный тетродный усилитель

УЯ-807, КТ88, 6Л6, 6В6

Мощный пентодный усилитель

6AU6, 6BA6, 6BD6, 6267, 6SJ7

Преобразователь частоты Heptode

6SA7, 6BE6

Излучающий триод

3-500Z, 3-1000Z

Излучающий тетрод

4CX250B

Излучающий пентод

6146Б, С2001А

Малый сигнальный триод с двойным катодным нагревателем

6922, ЕСК88, 6ДЖ8


 

5. 1 Вопрос

Какие типы электронных ламп все еще используются?

5.2 Ответ

Вакуумные трубки включают рентгеновские трубки, электронно-лучевые трубки, магнетроны и фотоумножители. Они нашли применение и применение даже в современных микроволновых технологиях, используемых для мобильных телефонов, Bluetooth, передачи Wi-Fi и даже в радарах и устройствах спутниковой связи.

 

Часто задаваемые вопросы о типах вакуумных трубок

1.Как называется вакуумная трубка?
Мэри Беллис. Обновлено 04 февраля 2019 г. Вакуумная трубка, также называемая электронной трубкой, представляет собой герметичный стеклянный или металлокерамический корпус, используемый в электронных схемах для управления потоком электронов между металлическими электродами, запаянными внутри трубок. Воздух внутри трубок удаляется вакуумом.

 

2. Кто открыл принцип работы вакуумной трубки?
Джон Амброуз Флеминг
Английский физик и инженер-электрик Джон Амброуз Флеминг, работавший в компании Томаса Эдисона в Лондоне, изобрел двухэлектродный ламповый выпрямитель и подал заявку на патент 16 ноября 1904 года. Он подал полную спецификацию 15 августа 1905 г. и получил британский патент №.

 

3. Для чего сегодня используются электронные лампы?
1990-е – Сегодня – Вакуумные лампы используются до сих пор. Музыканты до сих пор используют ламповые усилители и утверждают, что они производят другой желаемый звук по сравнению с полупроводниковыми усилителями.

 

4. Как работает электровакуумная лампа?
Основным принципом работы вакуумной лампы является явление, называемое термоэлектронной эмиссией. Это работает следующим образом: вы нагреваете металл, и тепловая энергия выбивает несколько электронов…. Когда катод нагревается, а на анод подается положительное напряжение, электроны могут течь от катода к аноду.

 

5. Для чего использовались электронные лампы?
Как электронное устройство, управляющее потоком электронов в вакууме. Он используется в качестве переключателя, усилителя или экрана дисплея (ЭЛТ). Электронные лампы, используемые в качестве переключателей, позволили первым компьютерам выполнять цифровые вычисления.

 

6. Что такое вакуумный диод?
Вакуумный диод представляет собой электронное устройство, пропускающее электрический ток в одном направлении (от катода к аноду) и блокирующее электрический ток в другом направлении (от анода к катоду).

 

7. Мы все еще используем электронные лампы?
Лампы были очень мощными и неуязвимыми для электромагнитных импульсов. … Эти трубки были заменены приборами с зарядовой связью (ПЗС). 1990-е годы — сегодня — Вакуумные лампы используются до сих пор. Музыканты до сих пор используют ламповые усилители и утверждают, что они производят другой желаемый звук по сравнению с полупроводниковыми усилителями.

 

8. Каков принцип работы вакуумного диода?
Работает по принципу термоэлектронной эмиссии.Нить накала нагревает этот катод. Следовательно, электроны испускаются с катода и притягиваются к аноду. Если положительное напряжение, прикладываемое к аноду, недостаточно, анод не может притягивать электроны, испускаемые катодом из-за горячей нити накала.

 

9. Как работает вакуумная трубка?
Основным принципом работы вакуумной лампы является явление, называемое термоэлектронной эмиссией. Это работает следующим образом: вы нагреваете металл, и тепловая энергия выбивает несколько электронов…. Когда катод нагревается, а на анод подается положительное напряжение, электроны могут течь от катода к аноду.

 

10. Какое поколение вакуумных ламп?
Первое поколение
Компьютеры первого поколения
Период первого поколения пришелся на 1946-1959 годы. Компьютеры первого поколения использовали электронные лампы в качестве основных компонентов для памяти и схемы для ЦП (центрального процессора).

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производители Категория Описание
Произв. Деталь №:DAC5675IPHP Сравните: Текущая часть Производители:TI Категория: цифроаналоговый Описание: Цифро-аналоговый преобразователь TEXAS INSTRUMENTS DAC5675IPHP, 14 бит, 400 MSPS, параллельный, 3.от 15 В до 3,6 В, QFP, 48 контактов
№ производителя:DAC5675IPHPR Сравните: DAC5675IPHP VS DAC5675IPHPR Производители:TI Категория: цифроаналоговый Описание: 14-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) со скоростью 400 MSPS 48-HTQFP от -40℃ до 85℃
ПроизводительДеталь №:DAC5675IPHPG4 Сравните: DAC5675IPHP VS DAC5675IPHPG4 Производители:TI Категория: цифроаналоговый Описание: 14-битный ЦАП 400 MSPS с LVDS, лучшая производительность ЦАП в отрасли 48-HTQFP от -40℃ до 85℃
ПроизводительДеталь №: DAC5675IPPHPRG4 Сравните: DAC5675IPHP VS DAC5675IPHPRG4 Производители:TI Категория: цифроаналоговый Описание: 14-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) со скоростью 400 MSPS 48-HTQFP от -40℃ до 85℃

Как работают ламповые пентоды

Ламповые тетроды

Разобрав, как работают диоды и триоды, Давайте посмотрим на трубы с несколькими сетками. Для обзора триод имеет управляющую сетку который управляет потоком электронов от катода к пластине.

Пластина обычно находится под высоким положительным напряжением, чтобы притягивать отрицательное. заряженные электроны. Сетка обычно отрицательна, чтобы дросселировать поток электронов. Напряжение сетки имеет гораздо больший контроль над током пластины, чем напряжение пластины, потому что сетка находится ближе к катоду. Его электрическое поле эффективно экранирует катод от электрического поля, исходящего от более удаленной пластины.

Тетрод расширяет эту концепцию, добавляя еще одну сетку, называемую экран , между контрольной сеткой и пластиной. Экран обычно положителен, чтобы притягивать электроны. Чистые тетроды не используются для гитарных усилителей, так что здесь типичные напряжения холостого хода для силового тетрода Eimac 4-400A, который используется для радиопередатчиков.

катодоэкранплитсетка-220В+3000В0В+500В

Экран расположен ближе к катоду и поэтому оказывает большее влияние на поток электронов, чем пластина, хотя и не так сильно влияет, как сетка. Тетрод по существу делит пластину триода на две отдельные электроды:

  1. Экран устанавливает положительное напряжение для притяжения электронов.
  2. Пластина собирает образовавшийся поток электронов.


Ламповые пентоды

Когда электроны ударяются о пластину с высокой скоростью, они часто смещают другие частицы. электроны в процессе, известном как вторичная эмиссия . Поскольку экран обычно находится под высоким положительным напряжением, он может притягивают эти электроны, вызывая неблагоприятные эффекты.Пентод добавляет еще одну сетку, называемую подавительной сеткой , между экраном и пластиной. При подключении к катоду, как во всех гитарных усилителях, создает отталкивающее электрическое поле, подавляющее вторичное электроны и отводит их обратно к положительной пластине.

Для краткости сетка экрана и сетка подавителя называются просто экран и подавитель. В трубке с несколькими сетками слово «сетка» используется отдельно. обычно относится к управляющей сетке.



Силовые лучевые тетроды

В силовом тетроде используются ограничивающие пучок электроды вместо третья сетка.

Поток электронов создает эффект, подобный супрессору. Концентрация отрицательного заряда отталкивает вторичные электроны обратно. к тарелке, не давая им добраться до сильно позитивного экрана.

Для гитарных усилителей подавитель или электроды, ограничивающие луч, почти не используются. всегда подключен к катоду и никогда не влияет на конструкцию перспектива. (Исключением является Traynor YGL-3/3A Mark-3, который соединяет свой 6CA7 подавители силовых ламп к источнику смещения -37,5 В постоянного тока, что делает их более эффективными в отталкивании электронов.) Чтобы уменьшить беспорядок, их обычно опускают на схемах. трубки выглядят как тетроды.



Вот характеристики пластины для самого популярного пентода предусилителя, EF86, когда напряжение экрана составляет 100 В.

Каждая кривая представляет различное напряжение сетки, от -3 В вблизи оси X, до 0 В в верхней части графика. Красная точка показывает, что при напряжении пластины 250 В и напряжении сетки составляет -1,5 В, анодный ток для средней лампы равен 2.25 мА. Для пластинчатых напряжений выше примерно 100 В кривые почти горизонтальны, что указывает на то, что напряжение пластины очень мало влияет на ток пластины. По сравнению с триодом экран взял на себя ответственность притягивая электроны к пластине. Синяя точка показывает, что когда напряжение сети уменьшается примерно до -3,5 В, пластинчатый ток не течет, и трубка находится в отсечке. Всего -3,5 В в сети может полностью нейтрализовать +100 В на экране. Как для триода, сетка имеет гораздо больший контроль над анодным током, чем более удаленная электроды.

В то время как пентоды, такие как EF86, иногда можно увидеть в предусилителях гитарных усилителей, триоды, такие как 12AX7 являются подавляющим фаворитом для задач усиления напряжения. Триод 12AX7 имеет меньшее усиление, чем EF86, но вы получаете два триода на лампу. Пентоды и тетроды мощности луча используются почти исключительно в гитарах. усилители мощности усилителя из-за их большей эффективности в создании выходная мощность.

СЛЕДУЩАЯ СТРАНИЦА

Волшебник клапанов — Односторонний

Односторонний выходной каскад

Однотактные (SE) выходные каскады мощности, вероятно, являются самой простой формой усилителя мощности.Обычно они используются для относительно небольших усилителей, например, менее 15 Вт, и неизменно имеют катодное смещение. Более высокие мощности можно получить либо с очень большими силовыми лампами, либо с параллельным использованием нескольких ламп, но при мощности более 15 Вт обычно используется более эффективная двухтактная система.
Звук однотактного усилителя довольно уникален. SE может работать только с чисто в классе A, и в то время как двухтактный выходной каскад имеет тенденцию компенсировать даже гармонические искажения, однотактный — нет.Поскольку для усиления мощности обычно используются пентоды или лучевые тетроды, которые производят преимущественно нечетные гармоники, мы можем ожидать от усилителя SE всех возможных гармоник и особенно богатого звука.

Исходные критерии: Принцип работы катодного однотактный выходной каскад несколько проще понять, чем тот двухтактного усилителя, так как каскад SE подобен типичному пентоду каскад, используемый в предусилителях.Его единственная реальная разница заключается в использовании трансформатор для анодной нагрузки, а не резистор, который вы видите в каскаде предусилителя.

Первые две вещи, которые следует учитывать, приступая к проектированию: какой звук вы хотите получить от усилителя мощности и какую выходную мощность вы хотите получить?
Это важные вопросы, потому что они будут определять выбор выходного клапана, который сам по себе определяет конструкцию остальной части выходного каскада и источника питания.Если у вас уже есть представление о доступном напряжении и токе HT, это также повлияет на ваш выбор. Для наглядности скажем, что мы решили, что нам нужно около 10 Вт (что достаточно для выступления при средних и высоких уровнях искажений!).
Выходная мощность пентодного каскада SE будет составлять примерно половину анодного рассеяния лампы, поэтому нам понадобится лампа мощностью 20 Вт или более. На самом деле существует широкий спектр ламп, которые отвечают всем требованиям, но наиболее распространенными для использования на гитаре являются EL34 (25 Вт), 6L6GC (30 Вт) или пара параллельных ламп EL84 (24 Вт).Мы можем игнорировать клапаны «большой бутылки», такие как 6550, KT66, KT88 и KT90, поскольку они легко выдают больше мощности, чем нам нужно (или, скорее, потребляют на больше энергии, чем мы могли бы иметь!) и, следовательно, «тратятся впустую». ‘ в этом приложении, если только они не желательны для их тона (конечно, нет причин, по которым мы не могли бы использовать мощную лампу и запустить ее значительно ниже максимума, хотя это может показаться пустой тратой времени). Ваш выбор также может зависеть от наличия типов клапанов в вашем регионе.В Великобритании силовые пентоды, как правило, дешевле и более доступны, чем лучевые тетроды, которые более распространены в США.

Если мы решим, что хотим, чтобы сцена придавала агрессивный характер звучанию усилителя в целом, то хорошим выбором будет EL34, который должен обеспечивать от 8 Вт до 11 Вт при достаточно низком напряжении 250 В и несколько больше при более высокие напряжения.

Сопротивление трансформатора: При выборе трансформатора необходимо знать, какое напряжение ВТ будет использоваться (хотя бы приблизительно).Ссылаясь на техпаспорт, мы видим, что EL34 может работать с очень широким диапазоном потенциалов HT. Другие несимметричные конструкции EL34 обычно используют напряжение от 250 до 400 В. Нижняя граница диапазона соответствует более низким импедансам трансформатора, и наоборот. В следующем примере мы будем использовать 300 В.
Между прочим, хотя в техпаспорте Эль-34 указано, что максимальное анодное напряжение покоя составляет 800 В, это относилось к текущему производству 1960-х годов. Современные EL34 имеют сомнительную надежность при таких высоких напряжениях, поэтому было бы разумно ограничиться HT менее 500 В.

Производители трансформаторов обычно заявляют, что выходной трансформатор будет показывать импеданс первичной обмотки «x» с нагрузкой вторичной обмотки «y». Например: первичное сопротивление 5 кОм с вторичным сопротивлением 8 Ом (динамик). Это происходит из отношения напряжения и тока трансформатора, которые обратно пропорциональны друг другу. То есть; если напряжение снижается, ток должен увеличиваться:
Коэффициент витков можно определить по формуле:
Вх / В вых = Iвых / Iвх
Поскольку каждый является обратной функцией другого, возведение результата в квадрат даст нам коэффициент импеданса :
Z = (Vin/Vout) в квадрате.

Легко видеть, что трансформатор, который показывает соотношение напряжения и тока 20, будет иметь коэффициент импеданса 400. Это означает, что подключение громкоговорителя 8 Ом ко вторичной обмотке отразит импеданс 3,2 кОм к первичной обмотке.2 / Па
Где:
Va = анодное напряжение.2 / 25
= 3600 Ом
Это дает значение импеданса, которое обеспечивает идеальную работу класса А с центральным смещением при максимальном рассеивании анода. Мы могли бы захотеть сместить клапан немного ниже максимального, чтобы обеспечить безопасную работу и долгий срок службы, и в этом случае может быть полезно немного более высокое сопротивление нагрузки. Более высокий импеданс или более низкое напряжение питания позволили бы нам сместиться глубже в класс A (т. е. горячее) для большего искажения второй гармоники. Использование чуть более низкого импеданса заставит нас сделать более холодный смещение, что приведет к более «сырому» перегруженному тону.

Обычно бывает так, что готового вывода не будет. трансформатор, который точно соответствует нашему идеальному импедансу, поэтому мы нарисуем несколько линий нагрузки, чтобы найти подходящий трансформатор. Построение нескольких Линии нагрузки покажут вам, насколько вы можете позволить себе «выдумывать» импеданс. значение, подходящее для вашего источника питания, или какие трансформаторы доступны. Для этого примера предположим, что ближайший доступный трансформатор с более высоким импедансом , чем мы рассчитали, рассчитан на 4k, 10W.Рисовать грузовую линию:

Как видно из синей линии, линия загрузки находится первой нарисована обычным способом, но это не будет грузовая линия, по которой клапан работает, он просто показывает нам градиент Загрузка.

Выбор точки смещения: Поскольку мы используем реактивную нагрузку , а не резистивную (т. е. трансформатор, а не анодный резистор), смещение выбирается не так, как для каскада предусилителя.
Первичная обмотка трансформатора имеет очень низкое сопротивление постоянному току, поэтому всего несколько вольт будет переброшен через него, что мы обычно игнорируем. Таким образом, спокойное анодное напряжение будет ТАКИМ ЖЕ, что и HT, независимо от того, насколько анодный ток покоя выбираем. Мы могли бы провести вертикальную линию на напряжении HT и знаю, что точка смещения должна быть где-то на Это. Теперь вы можете видеть, что с линией нагрузки в ее текущем положении, клапан будет смещаться при отсечке и сможет работать только в классе B!
Итак, вместо того, чтобы выбирать точку смещения где-то на линии нагрузки, мы перемещаем линию нагрузки вверх по графику, сохраняя при этом ее градиент.Серые линии показывают этот процесс. Линия нагрузки не должна выходить за пределы кривой максимального рассеяния, и было бы целесообразно выбрать положение немного ниже кривой для безопасной работы. Нагрузочные линии для других импедансов рисуются таким же образом.
Мы решили, что ток покоя анода, который нам нужен в этом случае, составляет 75 мА (фиолетовая точка), чуть ниже максимального рассеивания, и вы можете видеть, что теперь клапан работает близко к центральному смещению класса A (т. е. точка смещения находится примерно в центр грузовой марки)

Если вам интересно, почему кажется, что напряжение сигнала теперь может колебаться выше, чем напряжение HT, это потому, что именно это и происходит! Индуктивности не терпят изменений тока.Когда ток через трансформатор увеличивается, он накапливает энергию, которая высвобождается, когда ток снова падает, что позволяет развивать напряжение HT в два раза выше. Из-за этого HT в усилителе класса A никогда не должно превышать половины максимального пикового номинального анодного напряжения лампы, указанного в техническом паспорте. Для EL34 это 2000 В, поэтому мы в безопасных пределах!
Теперь у нас есть линия нагрузки, нам нужно установить напряжение экрана, прежде чем мы сможем продолжить.

Экранное напряжение: Экранное напряжение обычно устанавливается гасящим резистором в высоковольтном источнике питания (Rg2) (см. раздел сглаживание и фильтрация), либо дроссель, плюс небольшой экран-сетка-стопор.Это приведет к тому, что напряжение экрана будет примерно таким же, как напряжение анода, или немного ниже. Гитарные усилители обычно звучат лучше всего, когда линия нагрузки покоя проходит немного ниже колена кривых. Именно это взаимодействие напряжения нагрузки, анода и экрана и является сутью конструкции пентода.
Дроппер (или дроссель) обеспечивает как фильтрацию, так и постоянное падение напряжения. Стопор обеспечивает ограничение тока и компрессию. Чтобы выбрать значения для этих резисторов, нам нужно знать ток экрана плюс любой дополнительный ток, который может подаваться на предусилитель через капельницу (Rg2).Ток предусилителя можно оценить, а ток экрана можно найти либо по графику, приведенному в техническом паспорте, либо зная, что ток экрана представляет собой примерно фиксированное отношение анодного тока. В техническом описании приведен один пример тока анода 70 мА, тока экрана 10 мА, соотношение 70/10 = 7:1.

Мы уже знаем, что ток покоя анода будет 75 мА, поэтому мы можем ожидать 75/7 = 10,7 мА тока покоя экрана. Предположим, что предусилитель в этом усилителе потребляет дополнительно 5 мА.Таким образом, общий ток через капельницу экранной сетки (Rg2) составляет 15,7 мА.
Значение этого резистора обычно находится в диапазоне от 470 Ом до 1 кОм просто потому, что это обычные значения, обеспечивающие приличный уровень фильтрации в сочетании со сглаживающим конденсатором, показанным серым цветом. Если мы используем 470R, падение напряжения на этом резисторе будет:
470 * 0,0157 = 7,4 В
, а рассеиваемая мощность составит: 470 * (0,0157 * 0,0157) = 116 мВт

Как уже упоминалось, линия нагрузки в режиме покоя обычно проходит немного ниже колена, что необходимо для чистого усиления.Однако, когда дело доходит до овердрайва, это ПЛОХАЯ ИДЕЯ, потому что, как только рабочая точка достигает кривой сетки 0 В, ток экрана быстро увеличивается. Если рабочая точка слишком долго зависает вокруг этой точки (как это происходит во время отсечения), это может легко привести к чрезмерному рассеиванию и разрушению экрана. Чтобы избежать этого, добавляется ограничитель экранной сетки, который заставляет напряжение экрана падать по мере увеличения тока экрана, ограничивая рассеяние. Когда напряжение экрана падает, все кривые сетки сжимаются, и, как правило, мы хотели бы, чтобы колено встречалось или проходило ниже линии нагрузки в этих динамических условиях.Это известно как операция «скользящего экрана» и, как мы увидим, требует определенной оценки и обоснованного предположения.

Во-первых, мы должны знать, до какого напряжения нам нужно, чтобы экран просел, и для этого мы используем график взаимных характеристик. К сожалению график взаимной характеристики, приведенный в техпаспорте, не показать напряжение экрана, простирающееся до нуля вольт сетки. Однако мы можно догадаться, что если мы хотим, чтобы кривая нулевого напряжения сжималась до того места, где линия -8В изначально, затем линия сетки -8В сдвинется примерно до где сейчас находится линия сетки -16В.
Кривая сети -16 В в настоящее время пересекает линию нагрузки в Ia = 125 мА. Смотрим на график взаимных характеристик и видим, что напряжение экрана соответствует напряжению сетки -8В при 125мА анодный ток (зеленая точка):
Требуемое напряжение экрана немного ниже 250 В, но мы округлить до 250В. Поэтому нам нужно сбросить примерно 300 — 250 = 50 В через ограничитель экрана при пиковых условиях .

Теперь введем большой фактор выдумки и скажем, что когда анод колеблется близко к нулю, весь ток крадет экран (хорошо, это не совсем так, но пока сойдет).От линии нагрузки пиковый анодный ток составляет около 150 мА. Используйте закон Ома, чтобы найти минимальное значение ограничителя сетки экрана:
50/0,150 = 333 Ом.
Поскольку в действительности ток экрана не достигает этого значения, мы должны использовать следующий по величине стандартный резистор, который составляет 470 Ом для проволочной обмотки, хотя 1 кОм более распространен и приведет к большему сжатию характеристик. Мощность, рассеиваемая на этом резисторе, будет минимальной, так как в реальности экранный ток никогда не достигнет 150 мА.2Вт должно хватить.

Этот резистор также снизит напряжение экрана в состоянии покоя на 470 * 0,0107 = 5 В, что незначительно.

Смещение: Теперь мы знаем экран напряжение будет 300 — 7,4 — 5 = 288 В, мы могли бы перерисовать новые характеристики анода, чтобы найти смещение Напряжение. Однако более быстрый способ — просто использовать взаимные характеристики график снова: мы знаем, что ток покоящегося анода будет 75 мА, а наш экранное напряжение 300 — 7.4 — 5 = 288 В, и это указывает на напряжение между сеткой и катодом. около -17 В (синяя точка), что является нашим требуемым напряжением смещения. Общий катод ток будет равен току покоящегося анода плюс ток экрана, что в сумме составит 86 мА. Используйте закон Ома для расчета номинал катодного резистора (Rk):
17/0,086 = 198 Ом
Два ближайших стандартных значения — 200R и 220R, и в данном случае, вероятно, подойдет любой из них, поскольку мы не работаем с максимальным рассеянием.Тем не менее, некоторые контуры класса А могут работать очень близко к этому пределу, а характеристики клапана могут сильно различаться, поэтому обычно лучше использовать более слабый вариант. Мы бы использовали 220R, который немного повысит напряжение смещения, но незначительно, и будет рассеивать немного меньше, чем:
(0,086 * 0,086) * 220 = 1,6 Вт
Таким образом, мы будем использовать резистор мощностью 3 Вт или выше.

Конденсатор обхода катода: Как и в большинстве несимметричных каскадов, полная развязка катода максимизирует усиление за счет предотвращения внутренней обратной связи и, таким образом, максимизирует выходную мощность и входную чувствительность (упрощая перегрузку лампы).
Для низкого спада около 10 Гц:
Ck = 1 / (2 * пи * f * Rk)
Ск = 1 / (2 * пи * 10 * 220)
= 72 мкФ
Таким образом, мы будем использовать 100 мкФ. Это довольно общее значение для однотактных усилителей, и во многих случаях мы даже не стали бы его вычислять.
Его номинальное напряжение должно как минимум в три раза превышать ожидаемое катодное напряжение. Это особенно необходимо, если вы глупы и используете резервный переключатель, так как при запуске будет кратковременный всплеск сетевого тока, который весьма тревожно повысит напряжение на катодном резисторе! В этом случае подойдет конденсатор на 63 В.

Опорный резистор сетки (Rg1) можно найти, ознакомившись с данными лист для максимально допустимого значения смещения катода, которое обычно быть меньше для лампы мощности, чем для лампы предусилителя. Для EL34 максимум заданное значение равно 700 КБ, и мы, вероятно, использовали бы 470 КБ.
К силовым клапанам НЕОБХОДИМО добавить ограничитель решетки для предотвращения высокочастотных колебаний, а в техпаспорте может давать или не давать некоторые примеры значений; Обычно от 1к до 10к.
Другой метод смещения — заземлить катод и использовать отдельный подача отрицательного напряжения для придания сетке отрицательного уровня напряжения.Этот называется фиксированным смещением, хотя обычно его можно регулировать. чаще используется для довольно мощных двухтактных выходных каскадов.

Реактивная нагрузка: Следует отметить, что выходной трансформатор является реактивным и поэтому имеет возрастающее полное сопротивление с увеличением частоты, а также подключен к громкоговорителю. Громкоговоритель, особенно предназначенный для использования с гитарным усилителем, не имеет постоянного импеданса во всем диапазоне частот. Из-за комбинации емкости, индуктивности и сопротивления, составляющих импеданс громкоговорителя, и того факта, что он преднамеренно настроен для получения частотной характеристики, которая будет хорошо звучать с электрогитарой, импеданс будет значительно отличаться от среднего указанного значения.Это приводит к тому, что наша прямая линия нагрузки превращается в эллипс, который будет меняться в зависимости от частоты и выходить за пределы кривой максимального анодного рассеяния. Это не проблема, потому что в среднем клапан будет работать на прямой линии нагрузки, которую мы нарисовали.
Тип используемых динамиков оказывает огромное влияние на окончательное звучание усилителя и способствует динамическому отклику и компрессии, за которые восхищаются ламповые гитарные усилители. Также примечательно, насколько высокочувствительный динамик может увеличить относительную громкость данного усилителя по сравнению с нечувствительным динамиком.

На приведенном ниже графике показана линия нагрузки с напряжением экрана 250В, а как на самом деле будет эллипс. Мы видим, что ввод чувствительность чуть более 20В размах. При полном выходе перед отсечением Максимальный анодный ток составляет около 140 мА (пиковое значение 50 мА) и максимальный анодное напряжение составляет около 540 В (пиковое значение 191 В). Это дает среднюю мощность выход на нагрузку 0,05 * 191 = 9,5 Вт (и КПД анода 42%).

Теперь вы должны увидеть, что при использовании трансформатора с первичный импеданс позволил бы более высокое экранное напряжение (и, следовательно, больше запаса высоты), потому что грузовая линия будет круче, но заставит нас в холодную работу класса А, если мы не понизим анодное напряжение. Наоборот, более высокий импеданс нагрузки потребует более низкого экранного напряжения (меньший запас), но позволил бы более высокое анодное напряжение при работе в классе с центральным смещением А.Именно посредством нанесения грузовых линий таким образом хорошо звучащий и можно найти безопасную комбинацию всех трех.

Помните, однако, что нарисованная грузовая марка является правильной только при условии правильного подключен динамик с высоким импедансом. Подключение динамика с более высоким импедансом заставит линию нагрузки вращаться против часовой стрелки вокруг точки смещения, возможно, вызывая отказ сетки экрана из-за прохождения ниже колена кривые сетки (хотя, если вам повезет, экранный резистор не разомкнется первым).Это также может вызвать искрение в трансформаторе из-за гораздо более высокое анодное напряжение возникает при перегрузке клапана. Подключение громкоговорителя с более низким импедансом будет иметь противоположный эффект; грузовая линия станет более крутой, толкая клапан в холодный класс А операция, которая может или не может вызвать перерассеивание анода (к счастью обычно это не так). Поэтому всегда безопаснее подключать более низкий динамик импеданса, чем более высокий, если вам нужно.

Большое спасибо Зои и Иэну Хартни за их вклад в это руководство.

Вакуумные лампы | Журнал Nuts & Volts


Трубка или не трубка? Радиолюбители до сих пор в лучших отношениях с электроникой «полого состояния»!

Вы можете подумать, что в электронной лампе сгорела электроника, но ее нити все еще ярко горят в определенных местах. Самое первое электронное устройство, способное усиливать сигнал, — электровакуумная лампа или «клапан», как его называют в Соединенном Королевстве, — было изобретено Джоном Амброузом Флемингом (1905 г.), а затем усовершенствовано Ли де Форестом (1906 г.) в течение нескольких бурных лет. в физике.

Это была эпоха радиоактивности, теории относительности, электромагнитных волн и квантования энергии — буквально все менялось по мере того, как наше представление о физическом мире революционизировалось потоком открытий и изобретений. Однако сегодня вакуумная лампа в электронике практически исчезла, за исключением нескольких приложений, где она все еще работает очень хорошо.

Что может сделать трубка лучше всего?

Аудиофилы и музыканты, особенно гитаристы, хорошо знакомы с этой технологией; «Ламповые усилители» по-прежнему востребованы.Звук старинной электрогитары, бьющий через столь же старинную ламповую «голову» (конечно, на 11-й ступени!) вполне может быть горном звоном второй половины 20-го века. Лампы по-прежнему господствуют на сцене и в стойке аудиофила; не из-за их верности, а из-за того, что им этого не хватает!

Нелинейность лампы окрашивает усиленный сигнал таким образом, чтобы это было приятно для человеческого уха. Точно так же сами инструменты развивались на протяжении веков, чтобы создать звуковую палитру, которая нравится людям.Лампа хорошо подходит для его воспроизведения, поэтому инструменты, лампы и усилители эволюционировали вместе, создавая звук со спектральными качествами, которых мы привыкли ожидать. Твердотельные устройства могут иметь более привлекательные характеристики на бумаге, но ухо знает, чего оно хочет! Ожидайте, что ламповые усилители будут с нами еще какое-то время.

Наряду с аудиоусилителями радиолюбители полагались на лампы с 1920-х годов, когда AM-радиоприемники создали для них огромный рынок. Цены падали, и радиолюбители вставляли трубки в приемники и передатчики сразу же, как только разрабатывались новые типы.Мощность передачи выросла с первых пяти ватт до 100 ватт.

К началу ВОВ в эфире были киловаттные «камнедробилки». Военные излишки наводнили рынок в 1950-х годах, что привело к появлению настольного киловатта. Трубка была королем!

Как и динозавры, лампы уступили место не более крупным устройствам, а крошечным транзисторам, начиная с хрупких устройств с точечным контактом и относительно грубых (по сегодняшним меркам) диодов. Транзисторы становились все больше и быстрее, пока лампы не стали использоваться только в самых мощных современных устройствах, где транзисторы просто не могут работать.

Для радиолюбителей «паровое радио», светящееся в темноте, по-прежнему является нормой. Тем не менее, с появлением на рынке новых устройств в форме поддона, ламповый «линейный», вероятно, переживает последнее большое ура, прежде чем стать устаревшей технологией вместе с трансформатором модуляции и поворотным дросселем.

Тем не менее, если вам нужно переключать высокое напряжение и большой ток, выдерживать разрушительные переходные процессы или генерировать радиочастотную мощность в мегаваттном диапазоне, вы будете обращаться к производителям ламп.

Основы труб

В основе всех ламп лежит термоэлектронная эмиссия.По сути, это означает нагрев материала (обычно проволоки или цилиндра с оксидным покрытием) до температуры, при которой свободные электроны могут покинуть атомы, с которыми они обычно связаны. Эти свободные электроны могут перемещаться в окружающий вакуум, где они могут свободно перемещаться в ответ на электрические поля. Первоначально этот эффект был открыт Фредериком Гатри в 1873 году, а затем снова Томасом Эдисоном несколько лет спустя. Однако только на рубеже веков эффект был запущен.

Каждая трубка имеет как минимум два элемента: катод, из которого испускаются электроны; и анод или пластина, к которой движутся электроны.Положительное напряжение прикладывается от катода к пластине, так что отрицательно заряженные электроны перемещаются от одного к другому. Это электронный ток, в отличие от обычного тока, с которым вы, вероятно, более знакомы. (См. врезку о разнице между ними.) Сам катод может нагреваться электрическим током через нить накаливания, например лампочку, или косвенно нагреваться соседней нитью.

В качестве выпрямителя может выступать двухэлементная лампа или диод («двухэлектродный»), представляющий собой односторонний токовый вентиль.Диод Флеминга использовался в основном в качестве детектора радиочастотных сигналов, превращая их переменный ток в постоянный плюс звуковой ток, который мог воспроизводить слышимый звук.

Именно де Форест создал триод, добавив третий элемент: управляющую сетку в пространство между катодом и анодом. Изменяя напряжение между сеткой и катодом, можно управлять потоком электронов.

Положительное напряжение ускоряет электроны по направлению к сетке, но большинство из них пропускают ее крошечные провода и достигают анода, создавая пластинчатый ток IP в трубке.Отрицательное напряжение отталкивает электроны, уменьшая ток пластины; возможно, до нуля или отсечки, если напряжение достаточно высокое. На рис. 1 показан вид в разрезе триода с катодом косвенного нагрева.

РИСУНОК 1. Чертеж триодной лампы в разрезе, показывающий нить накала, нагревающую катод, являющийся источником электронов. Катод окружает управляющая сетка, и электроны должны пройти через нее на пути к аноду или пластине.В тетроде или пентоде между управляющей сеткой и пластиной имеются дополнительные сетки. ( Рисунок Svjo (Собственная работа) [CC BY-SA 3.0 ( http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0 )], через Wikimedia Commons.)


Распространенные типы ламп включают тетроды (две сетки) и пентоды (три сетки), в которые добавляются экранирующие и подавляющие сетки для управления вторичными эффектами потока электронов от катода к аноду. Большинство мощных передающих ламп представляют собой триоды или тетроды. Наиболее распространенная лампа лампового усилителя представляет собой некоторую вариацию классического пентода с мощным лучом 6L6. На рис. 2 показан схематический символ тетрода.

РИСУНОК 2. Символ вакуумной трубки-тетрода очень похож на иллюстрацию конструкции трубки. Этот символ показывает катод косвенного нагрева, электрически изолированный от нити накала или нагревателя. ( Изображение предоставлено Американской радиорелейной лигой. )


Обычный и электронный ток

Много лет назад, в первые годы электрических экспериментов, было сделано предположение, что электрический ток представляет собой поток положительных зарядов.Необходимо было предположить полярность, и было всего два варианта. К несчастью для студентов инженерных специальностей и физиков, был выбран неправильный вариант, поскольку ток в цепях на самом деле представляет собой поток отрицательно заряженных электронов. (Эту ошибку часто приписывают Бену Франклину, но были и другие, кто ошибался.) Электроника обычно использует обычный ток, который течет от положительного напряжения к отрицательному.

Таким образом, электронщики думают о токе несколько иначе, чем физики, и это вызывает бесконечную путаницу — особенно с направлением магнитных полей, создаваемых электрическим током.(См. в статьях Википедии правило правой руки и правило левой руки для иллюстрации.) Тем не менее, обычный и электронный ток эквивалентны, за исключением предполагаемой полярности частиц, несущих заряд.


Трубка

Есть много общего между ламповым триодом и твердотельным полевым транзистором, или полевым транзистором. В частности, лампа действует как N-канальный JFET или MOSFET с режимом истощения. По мере увеличения напряжения между сеткой и катодом (затвор-исток в аналоговом полевом транзисторе), V G , увеличивается и ток между катодом и анодом (исток-сток).Разумеется, вакуума «P-типа» не существует! (Напряжения трубки, такие как VG и VP, предполагаются с катодом в качестве опорного.)

Каждая из характеристических кривых на графике Рис. 3 показывает поведение I P при различных напряжениях сети.

РИСУНОК 3. Характеристические кривые для вакуумной лампы 6L6. Каждая отдельная кривая показывает зависимость тока пластины от напряжения пластина-катод для одного значения напряжения сетки-катод. Эта трубка обычно используется в аудиоусилителях.


Верхняя кривая показывает, что при V G = 0 существует анодный ток. Когда V G становится более отрицательным, кривые тока становятся более плоскими при более низких значениях I P . Это создает линейную область, в которой изменение V G (например, из-за входного звукового или РЧ-сигнала) создает эквивалентное, но большее изменение I P . Итак, у нас есть усилитель. Базовая схема триодного усилителя показана на рис. 4 .

РИСУНОК 4. Простая схема триодного усилителя. C1 и C3 являются блокирующими конденсаторами постоянного тока для изоляции входа и выхода переменного тока от рабочего напряжения постоянного тока на сетке и пластине. R1 и R2 — резисторы смещения сетки и катода соответственно. Напряжение смещения создается током, протекающим от электрода к земле. R3 представляет собой пластинчатый резистор смещения, а также устанавливает коэффициент усиления усилителя. ( Изображение предоставлено Американской радиорелейной лигой. )


Различные кривые в Рис. 3 показывают, что для регулирования анодного тока лампы, I P , важно напряжение между сеткой и катодом, V G .Вакуумная лампа действует как источник тока, управляемый напряжением, или VCVS. Как и в полевом транзисторе, соотношение между управляющим напряжением и результирующим током выражается как крутизна — g m = I p / V G — и выражается в сименсах (S), которые представляют собой ампер на вольт; чаще указывается как мСм, то есть мА на вольт.

Усиление — мк или мю — лампы зависит от схемы. Для триодной схемы в рис. 4 , μ = –g m / R P .Знак минус указывает, что форма выходного сигнала инвертирована. То есть, когда входное напряжение увеличивается, вызывая увеличение I P , выходное напряжение падает из-за более высокого тока, протекающего через пластинчатый резистор R3.

Полный галлон

Это разговорное название полного допустимого предела выходной мощности для любителей в США: 1500 Вт. (Ссылка исходит из до «современной эры», когда ограничения мощности были установлены в терминах входной мощности постоянного тока для усилителя; тогда ограничение составляло 1 кВт.Сленговое обозначение кВт было «галлон», так что вот оно.)

До недавнего времени единственным экономичным способом получения такого количества энергии было использование больших электронных ламп — как физически больших, так и электрически негабаритных.

Типичный любительский усилитель выдает от 600 до 1500 Вт с одной или двумя лампами. Конструкция варьируется от нестандартных самодельных единиц до высококачественных коммерческих моделей.

Сборка усилителя

распространена, поскольку не требует специальных инструментов или методов.Вы можете построить отличный усилитель с помощью ручных инструментов, и многие радиолюбители сделали именно это.

Наиболее популярными лампами для ВЧ-строителей являются почтенные лампы 811 (разработанные в конце 1930-х годов и до сих пор коммерчески используемые для ВЧ и аудио), триод 3-500Z и тетрод 8877, который часто доступен в качестве «выдвижного» из торговое оборудование. Просмотр веб-сайта дилера радиолюбительского оборудования покажет, что существует большой интерес к работе на полной мощности.

На рис. 5 показан результат проекта Джона Стэнли K4ERO по разработке простого усилителя, в котором можно было бы использовать недорогие компоненты — даже трансформатор для микроволновой печи — в различных конфигурациях: усилитель Everyham.

РИСУНОК 5. «Усилитель Everyham’s» Джона Стэнли K4ERO. Разработанный для использования деталей, имеющихся в наличии и доступных из бывших в употреблении или из избыточных розеток, ВЧ-усилитель может быть построен для использования многих обычных ламп и производить мощность от нескольких сотен ватт до более чем 1 кВт выходной мощности. ( Фото предоставлено Американской радиорелейной лигой. )


Стэнли спроектировал схему таким образом, чтобы можно было использовать почти любую доступную большую лампу (или лампы), в том числе некоторые излишки российских военных ламп от усилителей, используемых в танках.Все детали можно найти в старых усилителях, на барахолках хамфеста или у друзей.

Рисунок 6 — пример того, что может сделать квалифицированный строитель. Эта конструкция с полной мощностью предназначена для использования на частоте 50 МГц.

РИСУНОК 6. Этот прекрасный пример постройки дома Диком Стивенсом W1QWJ производит «полный галлон» в диапазоне 50 МГц. Единственная лампа представляет собой тетрод 4CX1600B. Высокая мощность на частотах ОВЧ и УВЧ требует большой осторожности при проектировании и изготовлении из-за задействованных коротких длин волн и чувствительности к «паразитной» емкости и индуктивности.( Фото предоставлено Американской радиорелейной лигой. )


Если вам нравится внешний вид этих проектов, на страницах ARRL Handbook , начиная с выпусков 1950-х годов, есть множество проектов усилителей и подходящих блоков питания. В этих старых книгах много информации по теории ламп и конструкции.

Если вы сможете найти копию руководства по передающим трубкам RCA, это тоже будет отличным источником информации. Страница ARRL «Строительное оборудование» ( www.arrl.org/building-equipment ) также содержит огромное количество информации, проектов, руководств по проектированию и ссылок на веб-сайты о трубах — хороший материал!

Действительно высокая мощность

Если вы хотите начать говорить о действительно высокой мощности на действительно высоких частотах, вам следует познакомиться с парой электронных ламп: клистроном и магнетроном. На самом деле, у вас, вероятно, есть небольшой пример магнетрона, разогревающего обед на кухне. Тем не менее, это маленькая трубка по сравнению с действительно большими, которые используются на вещательных телевизионных станциях и ускорителях частиц, если назвать два места, где они находятся.

Клистрон ( en.wikipedia.org/wiki/Klystron ) в своей самой простой форме выпускает электронный пучок с катода через резонатор. Ввод микроволн в исходный резонатор вызывает ускорение и замедление луча. Это, в свою очередь, заставляет электроны образовывать группы, поэтому эту полость называют «группировкой». Группы электронов продолжают путешествовать или «дрейфовать» по трубке, в которой группировка становится сильнее.

На другом конце трубы находится второй резонатор, извлекающий энергию из луча в виде РЧ на частоте, определяемой скоростью луча и размером групп. На рис. 7 показан мощный клистрон, используемый на ускорителе Fermilab в Батавии, штат Иллинойс. Сверху вниз труба с водяным охлаждением имеет высоту около 12 футов!

РИСУНОК 7. Пара больших клистронов Litton L5859, используемых в ускорителе частиц Fermilab Linac ( www.fnal.gov ). Мэтт Домейер из Fermilab High-Level RF Group показан рядом с трубками, чтобы дать представление о том, насколько они велики. Через окно волновода каждая лампа выдает 5 МВт на частоте 805 МГц импульсами по 200 микросекунд с частотой повторения 15 Гц.Многие из этих клистронов передают энергию пучку частиц, чтобы ускорить его почти до скорости света. ( Фото Кермита Карлсона W9XA, Fermilab. )


Двоюродный брат клистрона, магнетрон также использует резонатор для возбуждения электронов на микроволновых частотах. Однако магнетрон — это, строго говоря, осциллятор. Он не может усиливать сигналы.

Магнетрон ( en.wikipedia.org/wiki/Cavity_magnetron ) состоит из круглого отверстия в металлическом блоке, который действует как анод трубки.Катод находится в середине этого отверстия. Отверстие окружено резонансными камерами, образованными в металлическом блоке, обычно из меди. Сильное поле от постоянных магнитов заставляет электроны от катода, который находится под высоким отрицательным напряжением постоянного тока по сравнению с заземленным анодом, двигаться по полукругу. Излучение электронов возбуждает ток в резонаторах, создавая сильное радиочастотное поле. Радиочастота извлекается из полостей с помощью контуров связи, где она используется для создания радиолокационного импульса или для приготовления попкорна!

Большой магнетрон с особой историей показан на рис. 8 .

РИСУНОК 8. Выставленный на обозрение станции W5ZN, этот магнетрон использовался для установления некоторых из первых радиолюбительских контактов Земля-Луна-Земля (EME или «лунный отскок») в диапазоне 2,3 ГГц в 1970 году между W4HHK и W3GKP . Постоянные магниты представляют собой серые сборки вокруг красной вакуумной трубки магнетрона. ВЧ-выход вышел из белого узла вверху. Несколько сотен ватт мощности микроволн (технически УВЧ) в 1970 году были настоящим достижением!


Какое будущее у метро?

Отличный вопрос! Хотя я не думаю, что цифровая обработка сигналов (DSP) и программно-определяемая радиосвязь (SDR) смогут генерировать большую радиочастоту высокой мощности, большие транзисторы со встроенными схемами защиты быстро занимают ниши, ранее заполненные лампами.

В верхней части шкалы энергии лампы остаются главными, но, возможно, ненадолго. Я думаю, что всегда будет какая-то особая трубка, которая является единственным решением особой проблемы. Возможно, их способность выдерживать сбои и высокое напряжение поможет им работать там, где твердотельные устройства не выдержат. Время покажет, но в нитях вакуумной лампы еще много жизни! НВ


Безопасность высокого напряжения

Следующие 10 советов от опытного строителя Джима Гарланда W8ZR адаптированы с разрешения недавно выпущенного издания ARRL Handbook 2018 года и применимы к любому проекту, связанному с высоким напряжением, будь то ламповые схемы или какой-либо другой проект.

В наши дни мы все окружены подробными предупреждениями о безопасности относительно безвредных потребительских товаров и привыкли к полупроводниковым схемам, в которых мы редко сталкиваемся с переменным напряжением выше 12 В. Легко забыть, что некоторые вещи действительно опасны, и высокое напряжение — одна из них.

  1. Не позволяйте вашей досягаемости превышать вашу хватку. Высокое напряжение не для новичков.
  2. Работа с высоким напряжением требует зрелости и терпения, которые приходят с возрастом и опытом.Если вы молодой строитель, работайте с опытным наставником.
  3. Никогда не работайте вблизи высокого напряжения, если вы устали, находитесь в состоянии стресса или спешите.
  4. Никогда не работайте вблизи высокого напряжения после употребления алкоголя. Даже одно пиво или бокал вина могут ухудшить ваше суждение и сделать вас беспечным.
  5. Перед работой с высоковольтным источником питания всегда выполняйте следующие три шага: Отсоедините кабель питания переменного тока; разрядите конденсаторы накопителя энергии или фильтрующие конденсаторы; и убедитесь, что напряжение действительно равно нулю.Проверенным временем методом является использование «куриной палочки» (деревянного дюбеля или трубки из ПВХ, один конец которой прикреплен к заземляющему проводу), чтобы убедиться, что конденсаторы фильтра полностью разряжены.
  6. При работе с источником питания высокого напряжения помните, что опасное время наступает после отключения источника питания, но до полной разрядки конденсаторов фильтра. Конденсатор емкостью 50 мкФ, заряженный до 4000 В, содержит потенциально смертельную энергию в 400 Дж. Даже с продувочными резисторами полная разрядка может занять минуту или больше.
  7. При извлечении недавно разряженного конденсатора фильтра из источника питания соедините две клеммы вместе проволокой. Большие высоковольтные конденсаторы могут самозарядиться до опасного уровня, если клеммы остаются незаземленными.
  8. Не ставьте свою жизнь на карту, ожидая, что продувочные резисторы, предохранители, автоматические выключатели, реле и переключатели всегда будут выполнять свою работу. Несмотря на то, что современные компоненты очень надежны, безопаснее всегда предполагать худшее.
  9. Не создавайте высоковольтные цепи, если вы не понимаете, как они работают.Мощные усилители и блоки питания не являются проектами «подключи и работай» с пошаговыми инструкциями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.