Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

Анодно-сеточная характеристика триода (зависимость анодного тока от напряжения на сетке при определенных анодных напряжениях) имеет угол наклона к оси абсцисс, характеризующий ее «крутизну»: чем больше крутизна, тем больше усиление, даваемое лампой. Эти характеристики заходят и в отрицательную область сеточных напряжений, что не удобно при использовании ламп.

В тетродах — четырехэлектродных лампах, для устранения этого недостатка используется (по предложению А. Хелла в 1924 г.) еще одна экранная сетка. Однако в них начинает развиваться динатронный эффект — выбивание вторичных электронов из анода первичными, что ухудшает характеристики лампы. Поэтому создали пентод — лампу с двумя экранными сетками.

Для схемотехнического удобства при преобразовании сигналов были созданы различные комбинированные лампы, например триод-пентод или триод-гептод (имеющий пять сеток), и другие варианты.

Этот процесс усложнения отдельного компонента приостановился за счет развития полупроводниковых устройств. Трудно себе представить даже простейший однокристальный микропроцессор, если бы его удалось сделать в одном баллоне по электровакуумной, а не твердотельной технологии, а о персональных компьютерах можно было бы и не мечтать.

Магнетрон

К особому типу электровакуумных приборов относится магнетрон, в котором анод и катод являются коаксиальными цилиндрами, образующими для радиального потока электронов сложный объемный электромагнитный резонатор, помещенный в постоянное магнитное поле.

Термин «магнетрон» является транслитерацией слова magnetron, образованного из слов MAGNET — магнит + electRON — электрон, и введен, очевидно, в 1921 г. американским изобретателем А. Хеллом при описании магнетронного генератора электромагнитных колебаний. На магнетронах были основаны первые радиолокационные устройства. Оценивая это изобретение, английский ученый и писатель Ч. Сноу писал, что причаливший к берегам Америки перед Второй мировой войной корабль доставил туда груз в виде черного чемоданчика, заключавшего в себе три предмета. Ценность этого груза превышала все, что когда-либо доставлялось на континент со времен Колумба. Однако это не были драгоценности или произведения искусства: одним из таинственных и бесценных предметов был магнетрон. Сейчас киловаттный магнетрон — это обыденный предмет, находящийся внутри кухонной микроволновки.

В предвоенные годы в СССР были выполнены основополагающие работы в этой области. Идея радиолокации была высказана советским ученым П. К. Ощепковым. В 1934–1935 гг. под руководством С. А. Зусмановского был создан двухщелевой магнетрон мощностью около 1 кВт. Многорезонаторные магнетроны оригинальной конструкции, идея которых была предложена М. А. Бонч-Бруевичем, были изготовлены инженерами Н.Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым в 1936–1937 гг.

На рис. 10, а показан общий вид магнетрона от бытовой СВЧ-печи, а на рис. 10, б, в разрезы более мощного специального магнетрона с перестраиваемой частотой.

Рис. 10. Магнетроны:

_{а — общий вид магнетрона от бытовой СВЧ-печи; б, в — разрез и вид в поперечном сечении систем резонаторов специального магнетрона: 1 — резонаторы анодного блока; 2 — коаксиальный резонатор; 3 — щели, соединяющие резонаторы анодного блока с коаксиальным резонатором; 4 — поршень коаксиального резонатора для перестройки частоты; 5 — окно для вывода мощности колебаний СВЧ; 6 — катод; 7 — полюсные наконечники магнита}

Колебания электронного потока (во времени и в пространстве) в резонаторе приводят к генерированию электромагнитных волн в диапазоне от миллиметровых до метровых (в зависимости от геометрии системы). Излучение волн во внешнее пространство осуществляется через антенный вывод, который в бытовом магнетроне представляет собой пакетированную систему: снаружи «штенгеля» (запаянной стеклянной трубки, через которую откачивался воздух в процессе изготовления) надет цилиндр из «радиопрозрачного» фарфора, заканчивающийся медным колпачком (см. в верхней части рис. 10, а) высотой около 1,5 см. Колпачок соединен со связками внутри анодного блока магнетрона специальной петлей связи, проходящей внутри «штенгеля».

Магнетроны, используемые в бытовых СВЧ (микроволновых) печах имеют мощность порядка 1 кВт; их КПД доходит до 85 %. Для питания подобного магнетрона используется высоковольтный выпрямитель с напряжением около 4 кВ.

Электронно-лучевые приборы

Электровакуумные приборы приобретают особые свойства, если поток термоэлектронов сконцентрировать в виде луча или пучка лучей.

В электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) катодный узел, размещаемый в ее горловине, называют электронным прожектором, или пушкой (рис. 11).

Рис. 11. Электронно-лучевая трубка:

_{а — кинескоп; б — схема ЭЛТ (1 — электронная пушка; 2 — отклоняющие катушки; 3 — анод; 4 — электронный луч)}

Конструкции прожекторов могут быть достаточно сложными, например пентодными. Далее по ходу луча следует отклоняющая система — электростатическая или электромагнитная (дополнительное внешнее устройство) и приемник электронов — экран. Колбу трубки чаще всего делают из стекла и внутри покрывают слоем графита («аквадага»), от которого выводят контактный электрод. Экран трубки в простейшем случае — это покрытое люминофором ее дно. При попадании электронного пучка на люминофор возбуждается его свечение (электролюминесценция). Светоотдача, время послесвечения и его цвет зависят от свойств люминофора.

Различают осциллографические трубки, используемые для регистрации быстропротекающих электрических процессов, индикаторные — для радиолокации, а также телевизионные кинескопы и передающие трубки, и дисплеи мониторов персональных компьютеров.

В осциллографических трубках для получения изображения к горизонтально отклоняющим пластинам подводится пилообразно изменяющееся напряжение — напряжение развертки, а к вертикально отклоняющим — напряжение исследуемого сигнала (прошедшего через канал усиления).

В зависимости от скорости развертки по горизонтали (измеряемой временем на одно деление шкалы), характеристики сигнала, усилителя и чувствительности отклоняющей системы на экране возникает та или иная картина. В приборах, использующих эти трубки — электронно-лучевых осциллографах (осциллоскопах) — имеются соответствующие регулировки. Для одновременного наблюдения на экране различных сигналов используют многолучевые трубки.

Кинескоп — приемная ЭЛТ, был изобретен в США в 1929 г. В. К. Зворыкиным, эмигрировавшим после революции из России ученым. Он же и там же, в 1932 г., изобрел и первую передающую телевизионную трубку иконоскоп (от греч. eikón — изображение и sкорéо — смотрю, рассматриваю). «Как хорошо, что Зворыкин уехал, и телевиденье там изобрел…», — пел по этому поводу Б. Окуджава.

В кинескопе для получения телевизионного изображения используется растровая развертка, при которой луч прочерчивает горизонтальные строки (строчная развертка) с одновременным их смещением по вертикали (кадровая развертка). Яркость свечения автоматически управляется телевизионным сигналом, подаваемым на катод (модулятор) после его обработки в телевизионном приемнике.