α) ηλεκτρονικές λυχνίες (electron tubes)

Παρουσίαση με θέμα: "α) ηλεκτρονικές λυχνίες (electron tubes)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 α) ηλεκτρονικές λυχνίες (electron tubes)
Αν θερμάνουμε έναν αγωγό, τα ηλεκτρόνια που περιέχονται μέσα σ ΄ αυτόν κινούνται γρήγορα . Όταν η θερμοκρασία φτάνει σε ένα ορισμένο σημείο , η ταχύτητά τους αυξάνεται τόσο, ώστε υπερνικά το φράγμα των δυνάμεων της επιφάνειάς του και τα ηλεκτρόνια φεύγουν έξω από τον αγωγό . Η εξαγωγή ηλεκτρονίων με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται θερμιονική εκπομπή . Τα ηλεκτρόνια που βγαίνουν έξω από τον αγωγό έχουν αρνητικό φορτίο, ενώ ο αγωγός από τον οποίο αποσπάστηκαν έγινε θετικά φορτισμένος . Αυτό έχει ως συνέπεια να αναπτυχθεί έλξη ανάμεσα στα ηλεκτρόνια και στο θετικά φορτισμένο αγωγό, με αποτέλεσμα την επαναφορά των ηλεκτρονίων στον αγωγό . Αν συνεχίσουμε να θερμαίνουμε τον αγωγό, θα σχηματιστεί ένα νέφος ηλεκτρονίων γύρω απ ΄ αυτόν . Το νέφος που σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται φορτίο χώρου . Ο σχηματισμός του φορτίου χώρου διευκολύνεται πάρα πολύ, όταν το θερμαινόμενο σώμα είναι ένα ειδικό μέταλλο και μάλιστα όταν αυτό βρίσκεται μέσα σε κενό . Τα σώματα που εκπέμπουν θερμιονικώς ονομάζονται κάθοδοι.

2 Δίοδος λυχνία (Diodes) :
Αν μέσα σ ΄ ένα περίβλημα, στο οποίο έχουμε δημιουργήσει κενό, τοποθετήσουμε μία κάθοδο και σε ορισμένη απόσταση από αυτήν ένα ακόμη ηλεκτρόδιο και συνδέσουμε αυτά εξωτερικώς στους πόλους μιας ηλεκτρικής πηγής –εφόσον η κάθοδος είναι συνδεδεμένη με τον αρνητικό πόλο της πηγής και το δεύτερο ηλεκτρόδιο με το θετικό πόλο- τα ηλεκτρόνια του φορτίου χώρου έλκονται από το θετικό ηλεκτρόδιο, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί ένα πραγματικό ηλεκτρικό  ρεύμα μέσα από τον κενό χώρο της λυχνίας . Το θετικό ηλεκτρόδιο που συλλέγει τα ηλεκτρόδια που εκπέμπονται από την κάθοδο ονομάζεται άνοδος . Η κατασκευή που συγκροτήθηκε με αυτόν τον τρόπο και που αποτελείται από την κάθοδο, την άνοδο και τον κενό χώρο ονομάζεται δίοδος λυχνία . Χαρακτηριστικό γνώρισμά της είναι το ότι επιτρέπει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος σε μία μόνο φορά . Αν, δηλαδή, αντιστρέψουμε τους πόλους της πηγής, τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο απωθούνται από την αρνητική τώρα άνοδο, επειδή έχουν ομώνυμο ηλεκτρικό φορτίο σε σχέση με αυτήν. Σχήμα : Λυχνίες λήψης

3 Τρίοδος λυχνία (Triodes) :
Αν ανάμεσα στην άνοδο και στην κάθοδο μιας διόδου λυχνίας παρεμβάλουμε ένα λεπτό συρμάτινο πλέγμα, μπορούμε να αλλάξουμε μ ΄ αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα ανάμεσα στην κάθοδο και στην άνοδο . Αυτό το τρίτο ηλεκτρόδιο το ονομάζουμε οδηγό πλέγμα και τη λυχνία τρίοδο . Αν βάλουμε σε λειτουργία μια τρίοδο λυχνία και εφαρμόσουμε στο οδηγό πλέγμα της μια θετική τάση σε σχέση με την κάθοδο, τα ηλεκτρόνια του φορτίου χώρου έλκονται από το πλέγμα και το ανοδικό ρεύμα αυξάνει σημαντικά . Αυτό οφείλεται στο πρόσθετο πεδίο που δημιουργεί το πλέγμα και που διευκολύνει την απόσπαση των ηλεκτρονίων από το φορτίο χώρου . Τα ηλεκτρόνια, καθώς κινούνται προς το πλέγμα, περνούν μέσα από τα ανοίγματά του και έλκονται από την άνοδο, που έχει πολύ θετικότερη τάση από το πλέγμα Αν, αντίθετα, εφαρμόσουμε στο πλέγμα αρνητική τάση σε σχέση με την κάθοδο, το πεδίο που σχηματίζεται από το πλέγμα, έρχεται σε αντίθεση με το πεδίο που αναπτύσσει η θετική άνοδος . Έτσι, το ανοδικό ρεύμα ελαττώνεται τόσο περισσότερο, όσο πιο αρνητικό είναι το πλέγμα . Το πλέγμα, επειδή έχει αρνητική τάση, δεν επιτρέπει την κυκλοφορία ρεύματος στο κύκλωμά του, με άλλα λόγια την κατανάλωση ισχύος σ ΄ αυτό . Συνεπώς, με τη μεταβολή της τάσης του πλέγματος μέσα σε αρνητικά όρια τιμών, μπορούμε εύκολα να ρυθμίζουμε το μέγεθος της τάσης και της ισχύος, οι οποίες αναπτύσσονται στο ανοδικό κύκλωμα, δηλαδή την ενίσχυση της λυχνίας. Σχήμα : κίνηση ηλεκτρονίων

4 Τέτροδος λυχνία (Tetrodes) :
Στην τρίοδο λυχνία, ανάμεσα σε άνοδο και στο πλέγμα σχηματίζεται μια χωρητικότητα μεταξύ 3 έως 20 μμF.Μέσα από τη χωρητικότητα αυτή είναι δυνατό να έχουμε μεταφορά εναλλασσόμενης ενέργειας από την άνοδο στο πλέγμα, πράγμα που μπορεί να προκαλέσει ανεπιθύμητα αποτελέσματα . Για την εξουδετέρωση αυτής της χωρητικότητας παρεμβάλλεται ένα δεύτερο πλέγμα ανάμεσα στο οδηγό πλέγμα και στην άνοδο και με αυτό τον τρόπο σχηματίζεται η τέτροδος λυχνία . Αυτό το δεύτερο πλέγμα το ονομάζουμε προστατευτικό πλέγμα ή και δεύτερο πλέγμα και η τάση που εφαρμόζεται σ ΄ αυτό είναι θετική και συνήθως λίγο μικρότερη από την τάση της ανόδου. Σχήμα : Διάταξη των ηλεκτροδίων τετρόδου

5 Πέντοδος λυχνία (Pentodes):
Στην τέτροδο λυχνία, τα ηλεκτρόνια που μετακινούνται από την κάθοδο προς την άνοδο αποκτούν μεγάλη ταχύτητα, εξαιτίας του θετικού δυναμικού του δεύτερου πλέγματος . Όταν, λοιπόν, προσπέσουν πάνω στην άνοδο, αναπτύσσουν μια δευτερογενή εκπομπή (μια κίνηση ηλεκτρονίων από την άνοδο στο δεύτερο πλέγμα), η οποία μεταβάλλει την κανονική λειτουργία της λυχνίας . Για να το αποφύγουμε αυτό, παρεμβάλλουμε ένα τρίτο πλέγμα ανάμεσα στο δεύτερο πλέγμα και στην άνοδο . Αυτό το τρίτο πλέγμα το ονομάζουμε πλέγμα αναστολής . Αν αυτό το πλέγμα συνδεθεί εσωτερικά με την κάθοδο, αποκτά δυναμικό ίσο με το μηδέν, εφόσον είναι γνωστό ότι το δυναμικό (τάση) κάθε ηλεκτροδίου της λυχνίας αναφέρεται σε σχέση με το δυναμικό της καθόδου . Αυτό το πλέγμα εμποδίζει την κίνηση των ηλεκτρονίων από την άνοδο προς το δεύτερο πλέγμα και επαναφέρει τη λυχνία στη κανονική της λειτουργία . Μ ΄ αυτόν τον τρόπο σχηματίζουμε την πέντοδο λυχνία, που είναι ένας τέλειος τύπος λυχνίας με μεγάλη χρήση στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Σχήμα : εσωτερικό λυχνίας λήψης

6 Λυχνίες δέσμης (Beam Power Tubes) :
Έξοδος λυχνία (Tetragrid Tube) : Με την τοποθέτηση ενός ακόμη οδηγού πλέγματος στη συνήθη πέντοδο λυχνία, σχηματίζεται η έξοδος λυχνία . Αυτό το νέο πλέγμα τοποθετείται μεταξύ δυο προστατευτικών πλεγμάτων που είναι ενωμένα στο εσωτερικό της λυχνίας (και που θεωρούνται σαν ένα ηλεκτρόδιο).Αυτή η λυχνία χρησιμεύει ως αναμείκτρια δύο εναλλασσόμενων τάσεων που εφαρμόζονται στα πλέγματα οδήγησής της. Οι λυχνίες αυτές αποτελούνται από δύο ή τρία ανεξάρτητα συστήματα ηλεκτροδίων (όπως αναφέρθηκε και πριν, τρίοδος και πέντοδος ή δύο τρίοδοι κ.λ.π.), τα οποία τοποθετούνται μέσα στο ίδιο περίβλημα με κοινή συνήθως κάθοδο . Κάθε τμήμα εκτελεί ξεχωριστή διαδικασία . Αυτό, εκτός από την πρακτική του πλευρά, εξυπηρετεί οικονομικώς και τους κατασκευαστές.

7 Σύνθετες Λυχνίες : Οι λυχνίες αυτές αποτελούνται από δύο ή τρία ανεξάρτητα συστήματα ηλεκτροδίων (όπως αναφέρθηκε και πριν, τρίοδος και πέντοδος ή δύο τρίοδοι κ.λ.π.), τα οποία τοποθετούνται μέσα στο ίδιο περίβλημα με κοινή συνήθως κάθοδο . Κάθε τμήμα εκτελεί ξεχωριστή διαδικασία . Αυτό, εκτός από την πρακτική του πλευρά, εξυπηρετεί οικονομικώς και τους κατασκευαστές. Λυχνίες Μεταλλαγής (Converter Tubes) : Οι λυχνίες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται συνήθως στα πρώτα στάδια λήψης των δεκτών (ραδιοφώνων κ.τ.λ) για τη μεταλλαγή της συχνότητας λήψης. Αυτό κατορθώνεται με την τοποθέτηση ενός ξεχωριστού τριοδικού τμήματος (κάθοδος, πλέγμα, άνοδος) μέσα στο ίδιο περίβλημα , που έχει ως σκοπό την παραγωγή τοπικών ταλαντώσεων . Στην έξοδο λυχνία μείξης αυτό επιτυγχάνεται με μία ξεχωριστή ταλαντώτρια λυχνία. Άλλοι τύποι μεταλλακτριών χρησιμοποιούν πέντε ή έξι πλέγματα και όχι ξεχωριστό τριοδικό τμήμα . Αυτές οι λυχνίες ονομάζονται έπτοδοι και όκτοδοι αντίστοιχα.

8 β) χαρακτηριστικά λειτουργίας
Συντελεστής ισχύος :  Η επίδραση του οδηγού πλέγματος στο φορτίο χώρου είναι πολύ μεγαλύτερη από ότι της ανόδου, επειδή το πλέγμα βρίσκεται πιο κοντά στην κάθοδο, γύρω από την οποία σχηματίζεται το φορτίο χώρου . Αυτό φαίνεται από το παρακάτω αριθμιτικό παράδειγμα: σε μια ορισμένη τριοδική λυχνία, που λειτουργεί με τάση ανόδου +150V και με τάση πλέγματος -2V, αν αυξήσουμε την τάση ανόδου κατά 50V, το ανοδικό ρεύμα αυξάνει κατά 3mA.Αν κάνουμε την τάση του πλέγματος περισσότερο αρνητική και ίση με -4V, το ανοδικό ρεύμα μειώνεται κατά 3mA και επανέρχεται στην αρχική του τιμή . Η μεταβολή, λοιπόν, των 50V της τάσης της ανόδου εξουδετερώθηκε με την μεταβολή 2 μόνο V της τάσης του πλέγματος . Το πηλίκο 50:2=25 των δύο αυτών τάσεων αποδεικνύει τη μεγάλη επίδραση που έχει το οδηγό πλέγμα στην ροή των ηλεκτρονίων μέσα στη λυχνία σε σχέση με την άνοδο . Αυτό το πηλίκο ονομάζεται συντελεστής ενίσχυσης της λυχνίας και παριστάνεται με το γράμμα μ, δηλαδή: μ = ΔVα / ΔVg , για Iα =σταθερό (Δ = διαφορά, Vα = τάση ανόδου, Vg=τάση πλέγματος).Η τιμή του μ στις τριοδικές λυχνίες φτάνει σε μερικές δεκάδες.

9 Αμοιβαία αγωγιμότητα :
Την αγωγιμότητα της λυχνίας τη χαρακτηρίζει το κατά πόσο το οδηγό πλέγμα επιδρά στη ροή των ηλεκτρονίων, όταν η τάση του μεταβάλλεται κατά 1V.Το πηλίκο της μεταβολής του ρεύματος της ανόδου διά της μεταβολής της τάσης του πλέγματος ονομάζεται συντελεστής αμοιβαίας αγωγιμότητας της λυχνίας και παριστάνεται με το Gm, δηλαδή Gm=ΔIα(mA) / ΔVg (Volt) , για Vα = σταθερό . Το Gm παριστάνεται και με το γράμμα S, που δείχνει την κλίση της λυχνίας.(Το βρίσκουμε στις χαρακτηριστικές καμπύλες των λυχνιών). Εσωτερική αντίσταση : Η επίδραση που ασκεί η τάση ανόδου στο ανοδικό ρεύμα εξαρτάται από την αντίσταση που παρουσιάζει ο χώρος της λυχνίας μεταξύ ανόδου- καθόδου .Το πηλίκο μιας μεταβολής της τάσης της ανόδου σε σχέση με την αντίστοιχη μεταβολή του ρεύματος της ανόδου αντιπροσωπεύει την αντίσταση της λυχνίας . Αυτή ονομάζεται εσωτερική αντίσταση της λυχνίας και παριστάνεται με το ρ, δηλαδή έχουμε: ρ = ΔVα (Volt) / ΔIα (mA) , για Vg σταθερό. Χαρακτηριστικές : Χαρακτηριστική μιας λυχνίας ονομάζουμε την καμπύλη που μας δείχνει τη μεταβολή ενός στοιχείου της λειτουργίας της λυχνίας (τάση , ρεύμα κ.λ.π.), όταν μεταβάλλεται ένα άλλο στοιχείο της, ενώ τα υπόλοιπα στοιχεία παραμένουν σταθερά. Σχήμα : χαρακτηριστική τριόδου λυχνίας

10 Δείκτης συντονισμού (Tuning Indicator) :
Είναι μια λυχνία που επιτρέπει τον ακριβή συντονισμό του ραδιοφώνου σε ένα σταθμό που εκπέμπει, αλλά χρησιμοποιείται και σε άλλες περιπτώσεις . Η άνοδος της είναι κατασκευασμένη σε σχήμα χοάνης και μάλιστα είναι επιστρωμένη με μια ειδική ουσία, η οποία φθορίζει, όταν προσπέσουν πάνω της ηλεκτρόνια . Μεταξύ ανόδου και καθόδου υπάρχει ένα ηλεκτρόνιο με μορφή ραβδιού ή μεταλλικού φύλλου, που έχει ως σκοπό την απόκλιση των ηλεκτρονίων, με συνέπεια τη σκίαση ορισμένου τμήματος της ανόδου . Αυτό επιτυγχάνεται με τη μεταβολή της τάσης του ηλεκτροδίου αυτού . Μέσα στο ίδιο περίβλημα υπάρχει συχνά και ένα τριοδικό τμήμα (κάθοδος-πλέγμα-άνοδος), που συνεργάζεται με το δείκτη συντονισμού και βελτιώνει την απόδοσή του . Στο οδηγό πλέγμα της τριόδου εφαρμόζεται αρνητική τάση, που παίρνεται από ένα σημείο της αυτόματης ρύθμισης (A.V.C.) του ραδιοφώνου . Η τιμή της αρνητικής τάσης έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση ή την ελάττωση της ροής των ηλεκτρονίων και, αντίστοιχα τη σκίαση ή το φθορισμό μεγαλύτερου ή μικρότερου μέρους της επιφάνειας της ανόδου. Σχήμα : 1.Δείκτης συντονισμού : α) άνοδος , 2.φωτισμός μέρους της επιφάνειας της ανόδου