книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил. Радиооборудование самолетов

действия анода (ускоряющего движение электрона к экрану) и фокусирующей катушки электрон движется по вытянутой спирали. Конфигурацию поля и потенциа­ лы электродов выбирают так, чтобы электроны, двига­ ясь по таким траекториям, приближались к оси и каса­ лись ее в центре экрана. Величину магнитного поля

Рис. 11.13. Графики, поясняющие принцип фокусировки электрон­ ного луча с помощью электрического поля (а, б) и магнитного поля (в, г)

подбирают изменением тока, протекающего через ка­ тушку, с помощью реостата R (рис. 11.13, в), включен­ ного совместно с источником постоянного тока в цепь катушки.

Отклонение сфокусированного луча в двух направ­ лениях может быть осуществлено как с помощью маг­ нитных, так и с помощью электростатических отклоня­ ющих систем.

Электростатическая система (рис. 11.12) состоит из горизонтально и вертикально отклоняющих пар пла­ стин, расположенных перпендикулярно друг к другу. Если, например, к вертикально отклоняющей паре пла­ стин приложить напряжение так, что верхняя пласти­ на Уі будет иметь более высокий потенциал, чем ниж­

120

няя Кг, то электронный луч (как имеющий отрицатель­ ный заряд) отклонится вверх, а следовательно, вверх сместится и светящееся пятно на экране. Аналогично действует и горизонтально отклоняющая пара пластин

одна пара катушек). Сами катушки расположены пер­ пендикулярно одна к другой. Каждая пара катушек со­ здает в горловине трубки поперечное магнитное поле, отклоняющее электронный луч горизонтально или вер­ тикально. Катушки, которые создают вертикальное маг­ нитное поле, дают горизонтальное отклонение, а катуш­ ки, которые создают горизонтальное магнитное поле,— вертикальное отклонение (здесь также применимо пра­ вило левой руки).

Практическое применение электронно-лучевой труб­ ки для графической записи на ее экране различных процессов в радиоцепях основано на следующем. На одну пару отклоняющих пластин, например горизон­ тально отклоняющих, подается линейно изменяющееся напряжение пилообразной формы с определенной ча­ стотой и амплитудой. Под воздействием этого напряже­ ния электронный луч, а вместе с ним и светящееся пят­ но на экране будут совершать периодическое движение по горизонтали. Благодаря послесвечению экрана на нем будет видна светящаяся горизонтальная линия.

Если при наличии горизонтальной развертки подве­ сти напряжение исследуемого процесса к вертикально отклоняющей паре пластин, то электронный луч и све­ тящееся пятно на экране трубки будут вычерчивать график изменения напряжения, подведенного к верти­ кально отклоняющим пластинам.

§ 6. ИОННЫЕ ПРИБОРЫ

Помимо электровакуумных ламп, в настоящее вре­ мя широкое применение получили газонаполненные лампы, в баллоне которых под небольшим давлением находятся пары ртути или инертный газ. Такие прибо­ ры получили название ионных приборов или газонапол­ ненных ламп.

121

Принцип действия ионных приборов основан на ис­ пользовании электрических разрядов в разреженных газах. Под электрическим разрядом понимают прохож­ дение электрического тока через наполняющий лампу газ. Для получения разреженных газов в баллонах га­ зонаполненных ламп создается пониженное давление

порядка нескольких милли­ метров ртутного столба. Раз­ ряд через газонаполненные лампы получается за счет ионизации, т. е. за счет рас­ щепления нейтральных ато­ мов на положительные ио­ ны и электроны. Ионизация газа происходит при соуда­

арении свободных электронов

сатомами газа. Кинетиче­ ская энергия электронов за­ висит от длины пути свобод­ ного пробега их в газах и

величины приложенного на­ пряжения. Известно, что, чем меньше давление, тем боль­ ше длина свободного про­ бега электрона. Поэтому в газонаполненных лампах ис­ пользуется газ при пони­ женном давлении. Иониза­ ция газа внутри лампы про-. текает следующим образом.

Возьмем простейшую двухэлектродную газонаполнен­ ную лампу с холодными электродами и .включим ее в схему, приведенную на рис. 11.14, а. В баллоне поме­ щены два электрода — катод и анод.

ние Яб включено для ограничения тока! При изменении напряжения между электродами лампы от нуля до не­ которого значения U\ электроны, всегда имеющиеся в газовом промежутке лампы (за счет действия радиоак­ тивного излучения земной коры и космических лучей),

122

получают направленное движение и появляется ток, ко­

тока прекращается. Это объясняется тем, что все сво­ бодные электроны достигают анода, а ионизация ато­ мов газа еще не началась. При увеличении напряжения свыше U2 скорость движения электронов возрастает до такой величины, что их кинетическая энергия стано­ вится достаточной для ионизации атомов газа. Это при­ водит к значительному увеличению тока.

Напряжение, при котором начинается процесс иони­ зации, называется н а п р я ж е н и е м з а ж и г а н и я . Ионизация сопровождается свечением газа. Так, напри­

Если после начала ионизации уменьшить напряжение между электродами лампы, то при некотором его зна­ чении Un, называемом н а п р я ж е н и е м у г а с а н и я , свечение газа прекратится. Это объясняется тем, что скорость движения электронов уменьшается, вследствие чего развивается процесс деионизации, т. е. восстанов­ ление нейтральных атомов за счет воссоединения элек­ тронов и ионов.

В зависимости от величины напряжения между элек­ тродами, свойств газа, его давления и других факторов различают следующие электрические разряды в газах: тихий, тлеющий и дуговой. При увеличении анодного напряжения один разряд сменяется другим.

При малых напряжениях возникает т их ий разряд, характеризующийся малой величиной тока и отсутстви­ ем свечения газа. Такой разряд практически в газона­ полненных лампах не используется. С увеличением напряжения между электродами скорость ионов, бом­ бардирующих катод, становится достаточной для выби­ вания из него вторичных электронов. Двигаясь к аноду, вторичные электроны дополнительно ионизируют газ и создают новые электрические заряды — возникает т л е ­ ющи й разряд. Увеличение числа носителей электриче­ ских зарядов приводит к возрастанию тока до несколь­ ких миллиампер и свечению газа. Если напряжение ме­ жду электродами увеличить еще больше, то под воздей­ ствием ионной бомбардировки катод настолько разо­ гревается, что возникает термоэлектронная эмиссия —

123

пер), а свечение газа становится ярким.

Все газоразрядные лампы имеют малое сопротивле­ ние (от нескольких ом до нескольких десятков ом) по сравнению с электровакуумными лампами. Малое со­ противление получается за счет нейтрализации элек­ тронного облачка положительными ионами в простран­ стве окоЛо катода.

К газоразрядным лампам с тлеющим разрядом от­ носятся газосветные лампы, применяющиеся для сиг­ нализации, и газовые стабилизаторы напряжения (стабилитроны), используемые для поддержания по­

в радиотехнике широко применяются газовые разряд­ ники, используемые для защиты приборов и линий от воздействия чрезмерно высоких напряжений. К числу приборов с дуговым разрядом .и искусственно накали­ ваемым катодом относятся газотроны и тиратроны. Эти приборы используются главным образом для выпрямле­ ния переменного тока.

2. НЕОНОВАЯ ЛАМПА

Неоновая лампа относится к ионным приборам с тлеющим разрядом без накаливаемого катода. Она представляет собой стеклянный баллон, в котором на­ ходится под давлением порядка единиц или десятков миллиметров ртутного столба газ неон. Неоновая лам­ па имеет два стальных или алюминиевых электрода, выполненных в виде пластин круглой формы или пусто­ телых цилиндров, расположенных один в другом. Если на неоновую лампу подавать напряжение, постепенно его увеличивая, то при некоторой величине напряжения, различного для разных типов ламп, возникнет иониза­ ция газа и через лампу начнет протекать ток. Напря­ жение, соответствующее появлению тока в лампе, назы­ вается напряжением зажигания. Прохождение тока со­ провождается свечением, усиливающимся при повыше­

124

нии напряжения. При понижении напряжения свечение ослабляется и лампа перестает пропускать ток. Напря­ жение, при котором свечение в неоновой лампе погас­ нет, называется напряжением погасания. Это напряже­ ние несколько меньше напряжения зажигания. Напря­ жение зажигания составляет несколько десятков вольт. Во избежание порчи неоновую лампу включают через сопротивление, ограничивающее величину тока. Неоно­ вые лампы используются в качестве индикаторов на­ пряжения высокой частоты, высокого анодного напря­ жения, настройки колебательного контура и т. п. При этом неоновые лампы в поле высокой частоты зажига­ ются без включения их в электрическую цепь.

3. ГАЗОВЫЙ РАЗРЯДНИК

Газовый разрядник работает по принципу дугового разряда. Он представляет собой стеклянный баллон, в котором находится под давлением нескольких десятков миллиметров ртутного столба газ аргон. В баллоне раз­ рядника расположены два холодных электрода. Газо­ вый разрядник, как и неоновая лампа, имеет определен­ ное напряжение зажигания. Он обычно подключается параллельно нагрузке. При напряжении на нагрузке ниже напряжения зажигания разрядника последний на режим работы цепи не влияет из-за большого его вну­ треннего сопротивления. По достижении на нагрузке напряжения зажигания газ в разряднике ионизируется, наступает тлеющий, а затем дуговой разряд. При этом сопротивление разрядника падает до очень малой вели­ чины (до единиц ом) и нагрузка оказывается замкну­ той практически накоротко. При уменьшении напряже­ ния источника разрядник гаснет, внутреннее его сопро­ тивление возрастает до значительной величины и все напряжение источника подается на нагрузку.

Газовые разрядники большое применение нашли в радиолокации при использовании одной антенны для

125

4. С Т А Б И Л И Т Р О Н

Для поддержания питающего напряжения постоян­ ным в радиоустройствах применяются газовые стабили­ заторы напряжения, называемые стабилитронами. Ста­ билитроны работают при тлеющем разряде. Свойство тлеющего разряда заключается в том, что если ток, про­ ходящий через лампы, находится в некоторых пределах

ОТ /мин ДО / макс, ТО Н Э П р Я Ж е -

ние между электродами 1 лампы остается почти по­

стоянным. ' ин Простейший стабилитрон

представляет собой двух­ электродную лампу. В бал-

руемого напряжения включается балластное сопротив­

этом возрастает, а напряжения на стабилитроне и на­ грузке уменьшаются. Уменьшение напряжения на ста­ билитроне вызывает уменьшение тока в нем. Вследст­ вие этого общий ток lo — h + Ін уменьшается. Падение напряжения на сопротивлении R§ уменьшается, а ’ на­ пряжение на стабилитроне, а следовательно, и на на­ грузке увеличивается почти до первоначального зна­ чения.

Аналогично стабилитрон работает при увеличении сопротивления нагрузки или при изменении напряжения источника. Так, например, стабилитрон СГ-4С поддер­ живает постоянное напряжение 150 в при изменении

12 6

тока от 5 до 30 ма. Если ток меньше 5 ма, стабилитрон затухает. При токе больше 30 ма тихий разряд пере­ ходит в другую форму и напряжение на нем резко ме­ няется.

Существенным недостатком стабилитрона является то, что в нем сравнительно высоки потери энергии, по­ этому они применяются лишь в- маломощных устройст­ вах, где не имеет большого значения невысокий к. п. д.

5. ГАЗОТРОН

Газотрон является двухэлектродной лампой с нака­ ливаемым катодом. Он наполнен парами ртути или инертным газом и применяется для выпрямления пере­ менного тока в постоянный. Изо­

кенотроне. Это позволяет применять газотрон небольших габаритов для выпрямления боль­

ших токов и получать относительно большой к. п. д. Наряду- с преимуществами газотрон обладает рядом

недостатков. Когда имеется отрицательная полярность на аноде, к последнему устремляются положительные ионы, а к катоду — электроны. При значительной вели­ чине выпрямленного напряжения скорость ионов, бом-

127

бардирующих анод, может стать достаточной для вы­ бивания с его поверхности электронов. Эти электроны, двигаясь к катоду, производят ионизацию газа. Образо­ вавшиеся при этом дополнительные ионы попадают на анод и выбивают из него новые электроны. Такой ла­ винообразный процесс вызывает зажигание газотрона, резкое увеличение обратного тока, и газотрон теряет свойства выпрямителя. Это явление, называемое обрат­ ным зажиганием, ограничивает величину выпрямляе­ мого напряжения. Кроме того, при очень сильном уве­ личении тока через газотрон напряжение на нем возра­ стает, скорость ионов увеличивается и активный слой катода под действием интенсивной ионной бомбарди­ ровки разрушается. Напряжение, при котором начи­ нается разрушение катода, называется критическим на­ пряжением. Важнейшими параметрами газотрона явля­ ются допустимое значение обратного напряжения, до­ пустимое значение анодного тока (выше которого начи­ нается разрушение катода) и нормальное напряжение на аноде. Последовательно с газотроном всегда вклю­ чается нагрузочное сопротивление. При отсутствии та­ кового все напряжение источника окажется приложен­ ным к газотрону, имеющему малое внутреннее сопро­ тивление. Вследствие этого произойдет возрастание тока до недопустимой величины и газотрон может быть выведен из строя.

Ртутные газотроны должны работать при определен­ ном давлении паров ртути (примерно 0,01 мм рт. ст.). В непрогретом газотроне количество паров ртути, а сле­ довательно, и давление ниже допустимой величины. При этом ионизация в нем недостаточная, внутреннее сопро­ тивление велико и падение напряжения на нем боль­ шое. Это приводит к тому, что ионы получают большие скорости, вследствие чего разрушается активный слой катода и газотрон выходит из строя. Поэтому газотрон вначале прогревается за счет предварительного включе­ ния накала. И только после 3—5-минутного прогрева включается высокое напряжение. При выключении опе­ рация выполняется наоборот, т. е. сначала снимается высокое напряжение, а затем накал.

Газотроны с парами ртути не могут работать при низкой температуре, так как в этом случае вследствие сильного охлаждения не образуются пары ртути. Газо­

128

троны, заполненные аргоном, могут работать при лю­ бой окружающей температуре, так как в них не тре­ буется парообразования.

6. ТИРАТРОН

Тиратрон представляет собой трехили четырех­ электродную лампу с накаливаемым катодом, наполнен­ ную инертным газом. Условное обозначение, конструк­ ция и характеристики тиратрона приведены на рис. II. 17, а, б и в.

При большом отрицательном сеточном напряжении тиратрон заперт и анодный ток равен нулю (рис. 11.17, в). С уменьшением отрицательного сеточного напряжения ток медленно нарастает. При некотором значении этого

Рис. 11.17. Условное обозначение тиратрона (а), тира­ трон (б) и его характеристики (в)

напряжения скорость электронов, летящих на анод, на­ столько увеличивается, что становится достаточной для ионизации газа. Поэтому тиратрон зажигается, и ток скачком возрастает в сотни и тысячи раз. Это напряже­ ние называется напряжением зажигания. Величина его зависит от анодного напряжения. После зажигания ти­ ратрон по всем своим свойствам аналогичен газотрону, так как положительные ионы, образующиеся в баллоне, устремляются не только на катод, но и к сетке и ней­ трализуют ее отрицательный потенциал. В силу этого изменение напряжения на сетке не вызывает изменения анодного тока, т. е. сетка теряет свое управляющее дей­