Lampy elektronowe (wyd. 1)

Szczegóły: Autor: Grzegorz Makarewicz; Kategoria: Books; Opublikowano: 21 grudzień 2021; Odsłon: 9517

Bohdan Paszkowski, Jan Hennel
Lampy elektronowe
Państwowe Wydawnictwa Techniczne, wydanie 1, nakład 4120 egz., Warszawa, 1953

Drogiemu Profesorowi
Januszowi Groszkowskiemu w dowód
przywiązania i szacunku pracę tę poświęcamy

PRZEDMOWA

W literaturze technicznej krajowej, a częściowo także i zagranicznej brak jest książki omawiającej lampy elektronowe od strony ilościowej. Podręczniki, ujmujące kurs lamp na rozmaitych poziomach, omawiają jedynie zjawiska zachodzące w lampach elektronowych oraz tłumaczą przebiegi charakterystyk lamp. Metody i wzory stosowane w tych podręcznikach nie wystarczają jednak w większości przypadków ani do przeliczania charakterystyk i parametrów, ani do projektowania lamp elektronowych.

Książka ta ma zadanie wypełnienie tej luki w krajowej literaturze technicznej. Mamy nadzieję, że chociaż częściowo przyczyni się ona do stworzenia specjalności inżyniera elektronika, która jest tak potrzebna dla rozwijającego się krajowego przemysłu lamp elektronowych.

Materiał zawarty w niniejszej książce podzielony został na dwie zasadnicze części. Część pierwsza poświęcona jest fizycznym podstawom elektroniki. Stanowi ona pogłębienie i uzupełnienie wiadomości z dziedziny emisji elektronowej, optyki elektronowej oraz wyładowań elektrycznych w gazach, zawartych w ogólnych podręcznikach na temat lamp elektronowych. Wiąże ona zagadnienia poruszane w podręcznikach fizyki elektronowej z problemami elektroniki technicznej.

W drugiej, zasadniczej części książki omówione są podstawowe wzory do wyznaczania charakterystyk i parametrów oraz do projektowania lamp elektronowych. Podano tu wzory o różnym stopniu dokładności i różnym zakresie zastosowań oraz przykłady budowy lamp elektronowych.

Przy wyborze materiału przyjęliśmy, że czytelnik zna ogólny kurs lamp elektronowych w zakresie np. podręcznika W. Własowa. Z tego względu pominęliśmy w tej książce wyjaśnienia niektórych zjawisk zachodzących w lampach oraz wyjaśnienia przebiegu charakterystyk tych lamp. Pominęliśmy również te zagadnienia z dziedziny lamp elektronowych, co do których brak jest dostatecznie pewnego materiału liczbowego.

Wybór publikacji podawanych w wykazach źródeł na końcu każdego rozdziału oparty został o pozycje łatwo dostępne autorom. Z tego względu nie może on być uważany za pełny wykaz bibliografii danego tematu, ani też za źródło informacji odnośnie do pierwszeństwa opracowania danego zagadnienia. Wykazy źródeł mają jedynie za zadanie z jednej strony udokumentowanie podanego materiału, z drugiej zaś - skierowanie ku odpowiednim publikacjom tego czytelnika, który pragnie rozszerzyć zakres wiadomości podanych w tej książce.

Warszawa, październik 1952 r.

SPIS TREŚCI

Wykaz ważniejszych oznaczeń (9)
Wstęp (13)
Lampą elektronową nazywamy bańkę z rozrzedzonym gazem, w której może zachodzić zjawisko przepływu prądu elektronowego, tj. prądu wywołanego ruchem elektronów w przestrzeni międzyelektrodowej. Zasadniczą cechą lamp elektronowych jest wykorzystanie zjawiska przewodzenia prądu elektrycznego w próżni i w gazach. Zachodzi ono wskutek tego, że w pewnych warunkach powstają w lampie cząstki posiadające ładunek elektryczny - elektrony albo jony - oraz że napięcia przyłożone do elektrod wytwarzają w lampie pole elektryczne, którego siły powodują ruch tych cząstek, a więc powstanie prądu elektrycznego. Zjawisko powstawania w lampie cząstek naładowanych może zachodzić bądź wskutek wypływu elektronów (a w niektórych przypadkach także jonów) z elektrod do otaczającej przestrzeni - emisja elektronów (lub jonów), bądź też cząstki te mogą być wytwarzane w lampie na drodze jonizacji znajdującego się w niej gazu. Dalszą cechą lamp elektronowych jest możność kontrolowania przepływu prądu przez lampę za pomocą napięć przyłożonych do elektrod umieszczonych wewnątrz bańki lampy bądź też za pomocą zewnętrznych pól elektrycznych i magnetycznych.
Lampy elektronowe dzielimy na próżniowe i gazowane. W lampach próżniowych uzyskuje się taki stan próżni, że ciśnienie gazów lub par pozostałych w lampie, czyli tzw. gazów szczątkowych, jest rzędu 10^-5÷10^-7 Tr. W tych warunkach średnie drogi swobodne cząsteczek gazu są duże w porównaniu z rozmiarami lampy, a zatem prawdopodobieństwo jonizacji tych cząsteczek przez elektrony jest znikomo małe i wskutek tego obecność gazu szczątkowego zasadniczo nie wpływa na właściwości lampy. Lampy gazowane są to lampy zawierające gazy lub pary wprowadzone po uprzednim usunięciu powietrza i zwane gazami czynnymi. Mają one na celu uzyskanie pożądanych właściwości lampy.
Lampa elektronowa odgrywa bardzo ważną rolę w telekomunikacji. Znajduje ona zastosowanie w radiowych urządzeniach nadawczych i odbiorczych, w urządzeniach telefonii dalekosiężnej, telewizji, radiolokacji, radionawigacji itd. Zastosowania lampy elektronowej nie ograniczają się jednak do telekomunikacji. Jest ona od dawna stosowana w elektroenergetyce (trakcja elektryczna, automatyzacja procesów przemysłowych, sterowanie zdalne, urządzenia pomiarowe itd.), a ostatnio zakres zastosowań lamp elektronowych obejmuje coraz szersze dziedziny nauki i techniki: fizykę (akceleratory elektronowe, mikroskop elektronowy), chemię (ultradźwięki, pH-metry), elektromedycynę (terapia krótkofalowa, elektrokardiografia, rentgen), elektronikę przemysłową (nagrzewnice indukcyjne i dielektryczne) a nawet matematykę (maszyny liczące z lampami elektronowymi).
Role, jakie może spełniać lampa elektronowa, są bardzo różnorodne, a zakres wielkości występujących w lampach elektronowych jest niezwykle szeroki. Lampa elektronowa może wytwarzać lub wzmacniać przebiegi elektryczne o częstotliwości od ułamka c/s do około 30000Mc/s. Zakres mocy rozciąga się od ułamka pikowata do kilku megawatów, zakres napięć zaś od mikrowoltów do setek megawoltów. Lampa elektronowa umożliwia wykrycie prądu o natężeniu 10^-16A i może być "źródłem" prądu o natężeniu szczytowym 10⁴A. Tak szeroki zakres zastosowań lampy elektronowej wymaga dużej liczby typów lamp o znacznie różniących się rozwiązaniach konstrukcyjnych opartych niejednokrotnie na zupełnie odmiennych zjawiskach fizycznych.
Dziedzinę zajmującą się właściwościami, konstrukcją i technologią lamp elektronowych nazywamy elektroniką. Opiera się ona głównie na doświadczeniach i wynikach fizyki elektronowej, a w szczególności na tej części fizyki elektronowej, która zajmuje się przewodzeniem prądu elektrycznego w próżni, gazach, metalach i półprzewodnikach. Elektronika związana jest ściśle z technologią wysokiej próżni oraz technologią materiałów próżniowych, których rozwój pozwala na coraz doskonalsze rozwiązania w dziedzinie lamp elektronowych.

Część I
PODSTAWY FIZYCZNE ELEKTRONIKI
Ogólne dane fizyczne (15)
1. Stałe fizyczne (15)
2. Tablice pierwiastków chemicznych (15)
3. Wykaz źródeł (18)
Elektrony, jony i ich ruchy (19)
1. Elektron (19)
2. Jony (20)
3. Ruch elektronów i jonów w polu elektrycznym (20)
  1. Ogólne równania ruchu bez uwzględnienia poprawki relatywistycznej (20)
  2. Ruch elektronu z uwzględnieniem poprawki relatywistycznej (22)
  3. Ruch elektronu w polu elektrycznym równomiernym (23)
4. Ruch elektronów i jonów w polu magnetycznym (24)
  1. Ogólne równania ruchu (24)
  2. Ruch w polu magnetycznym równomiernym bez pola elektrycznego (25)
  3. Ruch elektronu w równomiernym polu magnetycznym i prostopadłym do niego równomiernym polu elektrycznym (26)
  4. Ruch elektronu w równomiernym polu magnetycznym i prostopadłym do niego nierównomiernym polu elektrycznym (27)
5. Wykaz źródeł (29)
Optyka elektronowa (30)
1. Podstawowe prawa optyki elektronowej (30)
  1. Prawo załamania promienia elektronowego (30)
  2. Prawo podobieństwa toru elektronu (32)
2. Wyznaczanie torów elektronu w polu elektrycznym nierównomiernym (33)
  1. Metody bezpośrednie (33)
  2. Metody wykreślne (33)
  3. Metody analityczne (35)
3. Soczewki elektryczne (35)
  1. Pojęcia zasadnicze (35)
  2. Typy soczewek elektrycznych (36)
  3. Pole soczewki elektrycznej (37)
  4. Równanie toru w soczewce elektrycznej (38)
  5. Obliczanie soczewek elektrycznych (39)
4. Soczewki magnetyczne (43)
  1. Pojęcia zasadnicze (43)
  2. Pole soczewki magnetycznej (43)
  3. Obliczanie soczewek magnetycznych (44)
5. Rozbieżność promienia elektronowego (45)
6. Błędy odwzorowań elektronooptycznych (48)
7. Wykaz źródeł (49)
Emisja elektronów (51)
1. Rozkład energii elektronów w metalu (51)
2. Praca wyjścia elektronów z metalu (53)
3. Rodzaje emisji elektronów (56)
4. Emisja termoelektronowa (56)
  1. Wzór Richardsona (57)
  2. Wartości stałych a i b₀ (59)
  3. Rozkład prędkości elektronów emitowanych (60)
5. Emisja fotoelektronowa (62)
  1. Warunek emisji fotoelektronowej (62)
  2. Prawa emisji fotoelektronowej (63)
  3. Charakterystyki widmowe fotokatod (65)
6. Emisja wtórna (67)
  1. Współczynnik emisji wtórnej (67)
  2. Rozkład energii elektronów wtórnych (70)
7. Emisja autoelektronowa (71)
8. Wykaz źródeł (71)
Wyładowania elektryczne w gazach (73)
1. Prąd elektryczny w gazach (73)
2. Kinetyka gazów (74)
  1. Rozkład prędkości cząsteczek w gazie (74)
  2. Średnia droga swobodna cząsteczki (76)
  3. Ruchliwość jonów (77)
  4. Ruchliwość elektronów (78)
3. Wytwarzanie jonów (79)
  1. Stany energetyczne atomu (79)
  2. Procesy elementarne (81)
  3. Napięcia krytyczne cząsteczek lub atomów (83)
  4. Jonizacja zderzeniowa (85)
  5. Fotojonizacja (89)
  6. Termojonizacja (90)
  7. Emisja jonów (90)
4. Zanikanie jonów (90)
  1. Rekombinacja jonów (90)
  2. Zobojętnianie jonów (91)
5. Systematyka wyładowań elektrycznych w gazach (92)
  1. Ogólna charakterystyka wyładowań (92)
  2. Prawa podobieństwa (94)
  3. Wyładowania Townsenda (95)
  4. Napięcie przebicia (98)
  5. Wyładowania jarzeniowe (101)
  6. Wyładowania łukowe (105)
  7. Wyładowania elektryczne wielkiej częstotliwości (107)
6. Wykaz źródeł (111)
Promieniowanie cieplne (113)
1. Promieniowanie ciała czarnego (113)
  1. Prawo Kirchhoffa (113)
  2. Prawo rozkładu widma mocy promieniowania (114)
  3. Wnioski z prawa Plancka (115)
2. Promieniowanie ciał rzeczywistych (116)
  1. Emisyjność (116)
  2. Temperatura czarna (118)
  3. Temperatura barwna (119)
3. Wymiana ciepła przez promieniowanie (122)
4. Wykaz źródeł (122)
Część II
WŁAŚCIWOŚCI I PRZYKŁADY BUDOWY LAMP ELEKTRONOWYCH
Termokatody (124)
1. Wielkości charakterystyczne termokatody (124)
2. Rodzaje termokatod (126)
3. Katoda wolframowa (127)
  1. Dane charakterystyczne katody wolframowej (127)
  2. Wzory empiryczne dla katody wolframowej (127)
  3. Poprawki uwzględniające nierównomierny rozkład temperatury wzdłuż katody (128)
4. Katoda torowana (132)
5. Katody tlenkowe (134)
  1. Katody tlenkowe z metali ziem alkalicznych (134)
  2. Katody tlenkowe torowe (138)
6. Grzejniki termokatod pośrednio żarzonych (139)
  1. Charakterystyka żarzenia termokatod pośrednio żarzonych (139)
  2. Temperatura grzejnika termokatod pośrednio żarzonych (140)
7. Porównanie właściwości termokatod (142)
8. Wykaz źródeł (145)
Lampa dwuelektrodowa (dioda)
1. Charakterystyka diody (147)
2. Uproszczona teoria diody (148)
  1. Równanie Langmuira (148)
  2. Oporność wewnętrzna diody (150)
  3. Przebieg pola elektrycznego w diodzie (151)
  4. Uwzględnienie spadku napięcia na katodzie (152)
3. Zakres prądu początkowego (153)
4. Zakres ładunku przestrzennego (155)
  1. Przebieg pola elektrycznego w diodzie z uwzględnieniem prędkości początkowej elektronów (155)
  2. Układ płaski elektrod (157)
  3. Układ cylindryczny elektrod (164)
5. Wpływ napięcia kontaktowego na charakterystyki diody (165)
6. Czas przelotu elektronów w diodzie (167)
7. Wykaz źródeł (169)
Lampa trójelektrodowa (trioda) (171)
1. Pole elektryczne w triodzie (171)
  1. Trioda bez ładunku przestrzennego (171)
  2. Trioda z ładunkiem przestrzennym (173)
2. Zależność przechwytu od rozmiarów układu elektrod (174)
  1. trioda o płaskim układzie elektrod (174)
  2. Trioda o cylindrycznym układzie elektrod (180)
3. Charakterystyki i parametry triody idealnej w zakresie U_s<0 (183)
  1. Równanie Langmuira dla triody idealnej (183)
  2. Charakterystyki triody idealnej (184)
  3. Parametry triody idealnej (185)
4. Charakterystyki triod rzeczywistych w zakresie U_s<0 (186)
  1. Uwzględnienie prędkości początkowej elektronów (186)
  2. Wpływ napięć kontaktowych między elektrodami (187)
  3. Wpływ niedoskonałej subtelności siatki (187)
  4. Przeliczanie układów elektrod stosowanych w triodach rzeczywistych (190)
  5. Uwzględnienie niedokładności nawinięcia siatki (192)
5. Parametry triod rzeczywistych w zakresie U_s<0 (193)
  1. Współczynnik amplifikacji (193)
  2. Nachylenie charakterystyki (195)
6. Prąd siatki w triodzie (197)
  1. Uwagi ogólne (197)
  2. prąd początkowy siatki (198)
  3. Zakres dopływu bezpośredniego (199)
  4. Zakres dopływu powrotnego (200)
7. Wykaz źródeł (201)
Lampa pięcioelektrodowa (pentoda) (202)
1. Rozkład pola elektrycznego w pentodzie (202)
2. Charakterystyki pentody (203)
3. Parametry pentody (204)
  1. Nachylenie charakterystyki (204)
  2. Oporność wewnętrzna (2050
  3. Współczynnik amplifikacji (207)
4. Wykaz źródeł (2070
Lampy gazowane (208)
1. Lampy jarzeniowe (208)
  1. Uwagi ogólne (208)
  2. Katody lamp jarzeniowych (209)
  3. Charakterystyka diody jarzeniowej (211)
2. Lampy łukowe (213)
  1. Uwagi ogólne (213)
  2. Termokatody gazotronów (213)
  3. Charakterystyka diody gazowanej (215)
  4. Tyratrony (219)
3. Wykaz źródeł (223)
Lampy oscyloskopowe (224)
1. Uwagi ogólne (224)
2. Wyrzutnia elektronowa (225)
  1. Schemat ogólny (225)
  2. Soczewka pierwsza (227)
  3. Soczewka druga (228)
  4. Soczewki magnetyczne (230)
  5. Rodzaje wyrzutni elektronowych (230)
  6. Charakterystyka wyrzutni elektronowej (233)
3. Układ odchylający (234)
  1. Uwagi ogólne (234)
  2. Układy odchylające elektryczne (234)
  3. Układy odchylające magnetyczne (240)
  4. Przyspieszanie dodatkowe promienia odchylonego (242)
  5. Wpływ układu odchylającego na budowę lampy oscyloskopowej (244)
4. Ekran luminujący (246)
  1. Zjawisko luminescencji (246)
  2. Luminofory (246)
  3. Ekrany luminujące (254)
5. Wykaz źródeł (256)
Lampy fotoelektryczne (257)
1. Fotokatody (257)
  1. Rodzaje fotokatod (257)
  2. Wielkości charakterystyczne fotokatody (259)
2. Charakterystyki fotonówek (261)
3. Zwiększanie czułości (262)
  1. Fotonówki gazowane (262)
  2. Powielacze elektronowe z fotokatodą (265)
4. Wykaz źródeł (268)
Budowa lamp elektronowych (269)
1. Uwagi ogólne (269)
2. Lampy małej mocy (269)
3. Lampy dużej mocy (277)
4. Lampy mikrofalowe (283)
Chłodzenie anod w lampach elektronowych (288)
1. Moc wydzielana w anodzie (288)
2. Anody o chłodzeniu naturalnym (289)
3. Anody o chłodzeniu wodnym (291)
4. Anody o chłodzeniu powietrznym (294)
5. Wykaz źródeł (297)