Lampa elektronowa

Historycznie pierwszy, dzisiaj jeden z wielu elektronicznych elementów aktywnych.

Zasada działania l.e. polega na wywoływaniu przepływu prądu elektrycznego wywołanego ruchem elektronów (emisja elektronowa). W lampach gazowanych prąd elektryczny powstaje wskutek ruchu elektronów i jonów. Ruch elektronów i jonów w lampach odbywa się pod wpływem sił pola elektrycznego, wytwarzanego w danym obszarze za pomocą napięć doprowadzonych do elektrod. Ruchy cząsteczek zależne są od znaku i wielkości ładunków, mas cząstek, natężenia pól oraz praw rządzących ich ruchem. W lampach gazowanych stosuje się najczęściej jednoatomowe pierwiastki z grupy gazów szlachetnych (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra) oraz pary rtęci.

Historia

Pierwszy przyrząd elektronowy, podobny do dzisiejszej lampy elektronowej został zbudowany przez Johna Fleminga w 1903 r., a ulepszony przez Lee de Foresta w roku 1906. Były to lampy, które wg obecnej nomenklatury można zakwalifikować, jako diodę detekcyjną, a następnie lampę z siatką sterującą – triodę. I. Langmuir w Stanach Zjednoczonych opracowuje nową metodę wytwarzania próżni za pomocą pomp dyfuzyjnych. Następuje coraz większy rozwój konstrukcji i zastosowań, który pozwala w roku 1915 na przeprowadzenie pierwszej rozmowy przez Atlantyk między Paryżem a Waszyngtonem.

Elementy składowe lampy

Lampa elektronowa składa się zasadniczo z dwóch lub trzech rodzajów elektrod: katody, anody (lampa dwuelektrodowa), względnie katody, siatek i anody (lampy trójelektrodowe i więcej), umieszczonych w naczyniu szklanym, rzadziej metalowym, opróżnionym z powietrza lub napełnionym gazem.

Katody mogę być metalowe (najczęściej wolfram) lub tlenkowe, siatki wykonane są najczęściej w postaci skrętek umieszczonych współosiowo z anodą i przymocowanych np. do prętów wspornikowych.

Siatki lamp małej mocy o temperaturze pracy 250-400 ºC są wykonane z niklu, molibdenu lub stopów niklu. Siatki lamp dużej mocy o temperaturze pracy dochodzącej do 1000 ºC są wykonywane z tantalu, molibdenu lub wolframu.

Anody lamp odbiorczych są wykonywane z blachy pełnej lub perforowanej niklowanej, żelaznej lub aluminiowej, lamp zaś o większej mocy (50-150 W) z grafitu. W lampach nadawczych stosuje się anody miedziane z chłodzeniem powietrznym lub wodnym.

Bańki lampy wykonuje się ze szkieł miękkich (sodowo- lub ołowiowo-krzemowych) przystosowanych do pracyw temperaturze do 200 st. C oraz ze szkieł twardych (borowo-krzemowych) przystosowanych do pracy w temperaturze dochodzącej do 450 ºC. Bańki lamp metalowych wykonywane są ze specjalnej stali.

Ciśnienie w lampach próżniowych małej mocy wynosi 10-5 … 10-6 Tr, dużej mocy 10-7 Tr, wysokiego napięcia 10-8 Tr. Ciśnienie w lampach gazowanych: jarzeniowych – kilka do kilkudzisięciu Tr, gazotronach rtęciowych 2×10-3 Tr, fotokomórkach 0,4 … 2 Tr, bareterach 20 … 2000 Tr, żarówkach 500 … 1000 Tr.

Klasyfikacja lamp

12Ż1Ł: ekranowana pentoda w.cz. UKF do 250 MHz
Lampa GI6B 350W z radiatorem

Pod względem wyładowania

• próżniowe
• gazowe

Pod względem przeznaczenia:

• prostownicze
• detekcyjne
• wzmacniające
• mieszające
• generacyjne
• fotoelektryczne
• oscyloskopowe
• analizujące
• specjalne

Pod względem częstotliwości:

• małej częstotliwości
• wielkiej częstotliwości
• mikrofalowe (>300 MHz)

Pod względem liczby elektrod

Oprócz tego istnieje podział lamp na lampy odbiorcze i nadawcze. Do lamp nadawczych zalicza się lampy o mocy admisyjnej przekraczającej 20W.

Oznaczenia lamp odbiorczych

Sposób oznaczenie lamp odbiorczych jest zależny od firmy ją produkującej. W Europie na ogół jest ujednolicony: Oznaczenie składa się z grupy liter i cyfr. Oznaczenie lamp elektronowych Tungsram poprzedza litera T.

Pierwsza litera: sposób żarzenia:
A — Napięcie żarzenia 4 V ∼
B — Prąd żarzenia 180 mA ═
C — Prąd żarzenia 200 mA ≅
D — Napięcie żarzenia 0,625; 1,25 lub 1,4 V ═, prąd żarzenia 25, 50, 100 mA ≅
E — Napięcie 6,3 V ∼, prąd żarzenia 150, 200, 300 mA ≅
F — Napięcie 12,6 V ≅
G — Napięcie 5V ≅
H — Prąd żarzenia 150 mA ≅
K — Napięcie żarzenia 2 V ═
M — Napięcie żarzenia 1,9 V ≅ oraz 2,4 i 2,8 V ≅
O — Bez żarzenia
P — Prąd żarzenia 300 mA ≅
U — Prąd żarzenia 100 mA ≅
V — Prąd żarzenia 50 mA ≅

Druga i kolejne litery: rodzaj i zastosowanie:
A — Dioda demodulacyjna
B — Podwójna dioda demodulacyjna
C — Trioda wzmacniająca
D — Trioda mocy
E — Tetroda
F — Pentoda napięciowa
H — Heksoda, heptoda
K — Oktoda
L — Pentoda mocy
M — Wskaźnik dostrojenia
N — Tyratron
P — Lampa elektronowa z powielaczem elektronów
Q — Enioda, nonda (detektor dla FM)
W — Dioda prostownicza gazowana
X — Powdójna dioda prostownicza gazowana
Y — Dioda prostownicza próżniowa
Z — Podwójna dioda prostownicza próżniowa

Liczba: oznacza serię, ostatnia cyfra oznacza typ:
1-9 — Lampy elektronowe z cokołem wtyczkowym oraz bocznostykowym
11-19 — Lampy elektronowe metalowe o średnicy 43,5 mm, 5+3 profilowanych kołków i klucz kierujący na cokole. Końcowe, prostownicze i wskaźnikowe są szklane i z bakelitowym cokołem
21-29 — Lampy elektronowe szklane, nazywane „całoszklane” na prasowanej płytce, z walcową bańką i z 8 kołkami o średnicy 1,26 mm jako styki, z kierującym kluczem na środku (B8G) i z zamkiem na nim
30-40 — Lampy elektronowe szklane z małym bakelitowym cokołem z 8 (oktal) długimi rurkowymi nóżkami i z bakelitowym kluczem. Siatka wyprowadzona do góry.
40-49 — Lampy elektronowe podobne do serii E…21, lecz mniejsze, na płytce ze spiekanego prasowanego szkła, tzw. timlok. Mają 8 drutwych kołków rozmieszczonych na obwodzie cokołu (B8A) i zgrubienie kierujące na boku bańki
50-59 — Główne lampy elektronowe Philips specjalnych wykonań
60-69 — Lampy elektronowe podobne do serii E…21, lecz większe z cokołem o 9 nóżkach
70-79 — Karzełkowe (subminiaturowe) bez cokołu z wyprowadzonymi drutami
80-89 — Miniaturowe z dziewięcioma stykami na okręgu dzielonym na 10 części, zwane nowal
90-99 — Karzełkowe z siedmioma stykami na okręgu dzielonym na 8 części (B7G), zwane heptal
100-900 — Cokoły specjalne, różne

Symbole lamp elektronowych produkcji radzieckiej składają się z czterech grup liter i cyfr.

Zalety i wady lamp elektronowych

Obecnie lampy produkowane są m.in. w Słowacji, Rosji, Chinach, Niemczech i USA. Część obecnie wytwarzanych konstrukcji bazuje na lampach z lat 40 i 50 XX wieku, a ich parametry są zadowalające.

Wady

• ograniczony czas pracy (zazwyczaj kilka tysięcy godzin)
• niska wytrzymałość mechaniczna (szklana bańka, delikatne siatki)
• duże wymiary
• znaczny pobór prądu i wydzielanie dużych ilości ciepła
• konieczność rozgrzania lamp przed efektywną pracą (czasem kilka minut)
• problemy z konstrukcją i utrzymaniem urządzeń (parowanie lamp)
• wysokie napięcie pracy obwodów anodowych (kilkaset V)

Zalety

• znacznie lepsza charakterystyka zniekształceń (parzyste harmoniczne) niż w układach tranzystorowych
• znacznie lepsze znoszenie skrajnych przeciążeń
• doskonała dynamika: kilka rzędów wielkości lepszy odstęp sygnału od szumu niż w krzemie
• duża prostota konstrukcji pozwalających na uzyskanie bardzo dobrych parametrów

Zastosowanie

Obecnie w większości zastosowań konstrukcje lampowe zostały zastąpione rozwiązaniami wykorzystującymi elementy półprzewodnikowe. Konstrukcje lampowe spotyka się w urządzeniach zabytkowych oraz w sprzęcie najwyższej klasy, gdzie parametry układów scalonych lub tranzystorowych są niewystarczające. Lampy stosuje się także do wzmacniania bardzo słabych sygnałów na granicy szumu np. w radarach, radioteleskopach czy łączności radiowej z sondami kosmicznymi (poziom szumu na poziomie -200dB w najlepszych konstrukcjach, nieosiągalny do dzisiaj w układach półprzewodnikowych) oraz w urządzeniach skrajnie wielkiej mocy (np. stacje nadawcze). Lampy stosowane są także chętnie w sprzęcie studyjnym, estradowym, klasycznych syntezatorach (np. Mooga), wzmacniaczach gitarowych (np. EL34 lub 6L6 w „piecach” Marshalla). Lampy są też używane w urządzeniach wojskowych z uwagi na niewrażliwość na impuls elektromagnetyczny.

Ciekawostki

I Program Polskiego Radia od ??? roku dysponował najnowocześniejszym w świecie i jedynym wtedy w skali całego globu Szwajcarskim nadajnikiem lampowym Asea Brown Boveri potrafiącym dostarczyć do anteny moc 2MW. Lampy były chłodzone wodą, która w zimie zapewniała ogrzewanie całego budynku radiostacji. Pracująca pełną mocą radiostacja i urządzenia pomocnicze zużywały 6MW mocy.

Źródła

• J. Sawicki: Lampy elektronowe i elementy półprzewodnikowe (Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Warszawa 1966)
• L. Niemcewicz: Lampy elektronowe i półprzewodniki (Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1963)
  Wikipedia wydanie polskie
  
• www.show-box.eu