ДП ____________2_2_0_3________гр_4_4_4________________

номер специальности и группы

Рецензент __________________ _____К_у_д_р_я_ш_о_в_а____

подпись и., о., фамилия

Руководитель _______________ _____Э_п_ш_т_е_й_н________

подпись и., о., фамилия

Дипломник _________________ _____Т_к_а_ч_е_н_к_о_В_К__

подпись и., о., фамилия

г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Введение. . . . . . . . . . . 3

1. Общая часть

1.1. Описание предметной области. . . . . . 4

1.1.1. Электронные лампы. . . . . . . 4

1.1.2. Расчетные формулы. . . . . . . 11

1.2. Анализ методов решения. . . . . . . 13

1.3. Обзор средств программирования. . . . . . 14

1.4. Описание выбранного языка программирования. . . . 16

2. Специальная часть

2.1. Постановка задачи. . . . . . . . 23

2.1.1. Основание для разработки. . . . . . 23

2.1.2. Назначение программы. . . . . . 23

2.1.3. Технико-математическое описание задачи. . . . 23

2.1.4. Требования к программе. . . . . . 24

2.1.4.1. Требования к функциональным характеристикам. . 24

2.1.4.2. Требования к надёжности. . . . . . 25

2.1.4.3. Требования к техническим средствам. . . . 25

2.2. Описание схемы программы. . . . . . . 26

2.2.1. Описание схемы основной программы. . . . 26

2.2.2. Описание схемы модуля расчета термонапряжений в аноде МГП 26

2.2.3. Описание схемы модуля построения графиков. . . 27

2.3. Текст программы. . . . . . . . 28

2.4. Описание программы. . . . . . . . 33

2.4.1. Общие сведения. . . . . . . 33

2.4.2. Функциональное назначение. . . . . 33

2.4.3. Описание логической структуры. . . . . 33

2.5. Описание процесса отладки программы. . . . . 34

2.6. Пример результатов работы программы. . . . . 35
3. Экономическое обоснование проектируемой программы. . . . 36

4. Мероприятия по обеспечению безопасности жизнедеятельности. . . 40

4.1. Воздействие электрического тока на организм человека

4.2. Заземляющие устройства

Заключение. . . . . . . . . . . 42

Список литературы. . . . . . . . . . 43

Приложение 1. Схема программы. . . . 44

Приложение 2. Экранные формы. . . . 47

Приложение 3. Примеры ошибок. . . . 51

Последние несколько лет слово “компьютер” употребляется всё чаще и чаще. Если раньше компьютерами владели только фирмы с мировым авторитетом, и программы были написаны на языках низкого уровня, то на данный день компьютер имеется почти в каждой квартире, и программы пишутся на языках высокого уровня. В России ежегодно продается более миллиона компьютеров. Современные компьютеры имеют большие возможности: производят числовые расчеты, подготавливают к печати книги, на них создают рисунки, кинофильмы, музыку, осуществляют управление заводами и космическими кораблями. Компьютер является универсальным и довольно простым средством для обработки всех видов информации, используемой человеком.

Данное дипломное задание позволит работникам заводов и КБ уменьшить количество и стоимость макетов проектируемых приборов. Разрабатываемая программа обеспечит расчет температурного поля в теле анода МГП в процессе разогрева после включения прибора, а также возникающих при этом термонапряжений, разрушающе действующих на материал анода. Результаты работы этой программы дадут необходимую исходную информацию для анализа температурных напряжений в теле анода и выбора режимов эксплуатации, сохраняющих ресурс работы и обеспечивающих высокую надежность и долговечность приборов.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Описание предметной области

Электронные лампы

Электронные лампы применяются для генерации, усиления, или преобразования электрических колебаний в самых разных областях науки и техники.

Принцип работы электронных ламп

Принцип действия всех радиоламп основан на явлении термоэлектронной эмиссии – это увеличение скоростей электронов до таких, что они вылетают из металла с отрицательным зарядом и могут направленно двигаться между электродами, создавая электрический ток. Для этого также необходимо, чтобы им не встречались на пути препятствия, такие как молекулы воздуха – именно поэтому в лампах создается высокий вакуум. Для получения термоэлектронной эмиссии металл надо нагреть примерно до 2000 о К. Удобнее всего нагревать металлическую нить накала электрическим током (ток накала ), как и в осветительных лампах. Такую высокую температуру выдерживает не каждый металл, большинство плавится, из-за этого в первых образцах электронных ламп применялись чисто вольфрамовые нити накала, которые накаливались до белого свечения, откуда и произошло название «лампа». Но такая яркость обходится очень дорого – нужен сильный ток (в пол-ампера для приёмной лампы). Но скоро был найден путь уменьшения тока накала. Исследования показали, что если покрыть вольфрам некоторыми другими металлами или их окислами (бария, стронция и кальция), то выход электронов облегчается (снижается так называемая ”работа выхода”). Для выхода требуются меньшие энергии, а значит и меньшая температура. Современные оксидированные нити накала работают при температуре около 700-900 о С, в связи с этим удается снизить ток накала примерно в 10-20 раз.

Надо заметить, что управление всеми потоками электронов в лампе осуществляется посредством электрических полей, образующихся вокруг электродов с разными зарядами.

Виды электронных ламп

Диод – вакуумный прибор, пропускающий электрический ток только в одном направлении (Рис.1а) и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь (плюс вывод накала, конечно), двухэлектродная лампа была изобретена в 1904 г. физиком Дж. Флемингом. Такая электронная лампа представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух, и двух металлических электродов: накаливаемого катода (-) и холодного анода(+). Катод бывает двух типов: прямого накала и косвенного накала . В первом случае катод представляет собой вольфрамовую нить (чаще покрытую оксидом), по которой проходит накаливающий её ток, а во втором – покрытый слоем металла с малой работой выхода цилиндр, внутри которого находится нить накала, электрически изолированная от катода. Действие катода как источника электронов основано на термоэлектронной эмиссии . На рисунке 1а показано устройство вакуумного диода с катодом прямого накала. Недостатком катодов прямого накала является то, что они не пригодны для питания их переменным током, так как при изменениях тока температура нити успевает измениться, и поток излучаемых электронов пульсирует с частотой питающего тока, поэтому сейчас применяются катоды косвенного накала.

Вольт-амперная характеристика диода (рис. 1е) имеет нелинейный характер – это объясняется накоплением электронов у катода в “облачко”. При отсутствии анодного напряжения электроны к нему не притягиваются, и анодный ток равен нулю. Анодный ток возникает при подаче положительного напряжения на анод, по мере увеличения напряжения анодный ток будет возрастать (на кривой А-Б – быстрее). При большом напряжении (в точке В) сила тока достигает наибольшей величины – это ток насыщения. У диода с активированным (оксидным) катодом не наблюдается замедления роста анодного тока, но при анодном токе выше некоторой предельной величины катод разрушается. Свойства диода оцениваются крутизной характеристики и внутренним сопротивлением лампы.

Если вывод сетки присоединить к катоду, то между сеткой и катодом не будет электрического поля, и витки сетки окажут очень слабое действие на летящие к аноду электроны – в анодной цепи установится ток покоя . Если включить между катодом и сеткой батарею так, что сетка зарядится отрицательно, то последняя начнёт отталкивать электроны обратно к катоду, а анодный ток уменьшится. При значительном отрицательном потенциале сетки даже самые быстрые электроны не смогут преодолеть её отталкивающее действие, и анодный ток прекратится, т.е. лампа будет заперта. Если сеточную батарею присоединить так, чтобы сетка была положительно заряжена относительно катода, то возникшее электрическое поле станет ускорять движение электронов. В этом случае измерительный прибор в цепи анода покажет увеличение тока.

Чем выше потенциал сетки, тем больше становится анодный ток. При этом некоторая часть электронов притягивается и к сетке, создавая сеточный ток , но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико. Только те электроны, которые окажутся в непосредственной близости от витков сетки, будут притянуты к ней и создадут ток в сеточной цепи – он будет незначителен.

Коэффициент усиления и мощности у триодов различны. При большом анодном токе аноды подвергаются сильной электронной бомбардировке, что приводит к их значительному нагреванию и даже разрушению, поэтому аноды делают массивными, чернят, приваривают специальные охлаждающие ребра или применяют водное охлаждение, о котором рассказано ниже. Водное охлаждение применено и в импульсном генераторном триоде ГИ-11 (БМ), не так давно разработанном петербургскими учеными.

Экранированные лампы могут хорошо работать с небольшими сеточными напряжениями, но иногда при работе тетродов вторичные электроны, выбитые из анода, долетают до экранной сетки, создавая ток и сильные искажения сигнала – это явление называют динатронным эффектом . Пентоды являются решением этой проблемы.

Способ устранения неприятных последствий динатронного эффекта очевиден: надо не пускать вторичные электроны к экранирующей сетке. Это можно сделать введением в лампу еще одной сетки – третьей по счету, которая будет защитной , так получились пентоды – от греческого слова «пента» - пять (рис. 1г). Третья сетка располагается между анодом и экранирующей сеткой и соединяется с катодом, следовательно, оказывается заряженной отрицательно относительно катода. Поэтому вторичные электроны будут отталкиваться этой сеткой обратно к аноду, но в то же время, будучи достаточно редкой, эта защитная сетка не препятствует электронам основного анодного тока. У современных (на 1972 год) высокочастотных пентодов коэффициент усиления доходит до нескольких тысяч, а емкость сетка – анод измеряется тысячными долями пикофарады. Благодаря этому пентод является прекрасной лампой для усиления колебаний высокой частоты. Но пентоды с большим успехом применяются и для усиления низкой (звуковой) частоты, в частности в оконечных каскадах.

Конструктивно низкочастотные пентоды несколько отличаются от высоко- частотных. Для усиления НЧ не нужно иметь слишком большие коэффициенты усиления, но зато необходимо иметь большой прямолинейный участок характеристики, так как приходится усиливать большие напряжения, поэтому делают сравнительно редкие экранирующие сетки. При этом коэффициент усиления не получается очень большим, а вся характеристика сдвигается влево, поэтому больший её участок становится пригодным для использования. Низкочастотные пентоды должны отдавать большую мощность, следовательно, делаются массивными и их аноды нуждаются в охлаждении.

Существуют также и Лучевые тетроды – мощные низкочастотные лампы без защитных сеток, в которых витки экранирующих сеток расположены точно за витками управляющих сеток. При этом поток электронов рассекается на отдельные пучки (лучи), летящие прямо к аноду, а он отнесен несколько дальше и выбитые из него вторичные электроны не могут долететь до экранирующей сетки, а притягиваются анодом обратно, не нарушая нормальной работы лампы. Коэффициент усиления у таких ламп в несколько раз выше, чем у обычных тетродов, т.к. электроны от катода летят прямыми лучами между витками сеток и не разлетаются, а направляются к аноду полем экранирующих пластин, расположенных на путях возможной утечки около анода лампы, которые подключены к минусу источника питания через катод. У лучевых ламп удается создать очень выгодную форму характеристики, позволяющую получить большую выходную мощность при небольшом напряжении сигнала на сетке.

Конструкции радиоламп

Для аппаратуры малой мощности, такой как радиоприемник, лампы старались делать как можно меньших размеров (пальчиковые лампы). Их часто называют приёмно-усилительными лампами. Существуют и сверхминиатюрные лампы (толщиной с карандаш) с мягкими выводами. В мощной аппаратуре радиоузлов и в радиопередатчиках применяют лампы значительно больших размеров, развивающие в анодной цепи гораздо большую мощность. Такие лампы имеют массивные аноды с принудительным воздушным или водяным охлаждением. Для этого аноды делают конусоподобными из меди или других термоустойчивых металлов, к ним приваривают полые ребра или трубки, по которым пропускают охлажденную воду. Мощные лампы с медными анодами и водяным охлаждением, изобретенные в 1923 г. М. А. Бонч-Бруевичем, применяются в мощных радиопередатчиках всего мира (там, где нельзя применить полупроводниковые приборы).

Существует несколько способов охлаждения анода:

· принудительное воздушное;

· принудительное водное;

· естественное (рассеяние).

Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами или крылышками.

За время существования радиоламп их конструкции претерпели серьезные изменения. Первые образцы приемно-усилительных ламп отличались довольно значительными размерами и потребляли очень большой ток накала. По мере совершенствования конструкций и технологии производства размеры ламп уменьшались, лампы становились более прочными, экономичными, их качество улучшалось. Приемно-усилительные лампы наших дней очень мало похожи на первые радиолампы, хотя основные принципы их работы не изменились.

Современные приемно-усилительные лампы выпускаются почти исключительно пальчикового типа (длиной 5-7 сантиметров). Внутренняя арматура и выводы всех электродов укреплены непосредственно на плоском стеклянном дне лампы и выходят наружу в виде тонких, но прочных штырьков, расположенных несимметрично. К каждому из штырьков присоединяется вывод одного из электродов лампы. Подключение электродов (цоколевка) ламп одного и того же типа всегда совершенно одинакова.

Для обеспечения правильности вставления штырьков лампы в панельку применяют два способа: несимметричное расположение штырьков и создание направляющего ключа на цоколе из пластмассы (Рис. 1д), который входит в паз, расположенный на панельке.

В массовом производстве аноды ламп имеют цилиндрическую форму и сделаны из меди или термоустойчивых сплавов. Для упрощения и удешевления моделирования и производства таких электронных ламп и предназначена разрабатываемая программа.

Конструкции и обозначения электронных ламп на схемах

А) Б)

В)

Г)

Д) Е)

а) – диод с прямым накалом (две конструкции и схематическое обозначение);

б) – схема триода с косвенным накалом (с третьим электродом – сеткой);

в) – конструкция и схематическое обозначение тетрода с прямым накалом.

г) – конструкция и схематическое обозначение пентода с прямым накалом.

д) – октальный цоколь радиолампы с направляющим (в панельку) выступом.

е) – анодная вольт-амперная характеристика вакуумного диода.

Расчетные формулы

Распределение температуры по толщине стенки анода определяется решением дифференциального уравнения:

на решение которого накладываются граничные условия:

На внутренней (нагреваемой) поверхности:

(2)

На наружной (охлаждаемой) поверхности:

(3)

с начальным условием: T(r,0) = T o = 300 о K. (4)

Уравнение (1) интегрируется до тех пор, пока не достигается установившийся режим (завершается разогрев), т.е. выполняется условие .

В уравнении (3): ε – коэффициент черноты поверхности; σ о = 5.67*10 -12 – постоянная Стефана-Больцмана.

По результатам интегрирования уравнения (1) термонапряжение в аноде вычисляется в виде:

(5)

T ср. (r,t) – средняя температура анода в сечении с координатой r .

Интеграл в уравнении (5) вычисляется методом Симпсона :

Где число разбиений n = 2m – чётное, а шаг h = b-a/2m. M – число пространственных интервалов.

Формулы расчета температур в конечно-разностном представлении:

Граничные условия на поверхностях анода:

R внутр. : . (2’)

R наруж.: (3’)

Здесь: i, j – номера пространственного и временного интервалов, k – наружная стенка;

Δr и Δ t – шаги пространственно-временной сетки по координате и по времени;

n – число пространственных интервалов в пределах толщины стенки анода (R нар – R вн).

Принятые в проекте обозначения:

R нар, R внутр. – наружный и внутренний радиусы анода (см);

t – время работы после включения накала (сек);

r – координата в сечении анода (см); R вн. ≤ r ≤ R нар.

T(r,t) – температура в сечении с координатой ‘r’ в момент времени ‘t’;

λ – теплопроводность материала анода (вт/см.*град.);

α – температуропроводность материала анода (медь=1.1);

E – модуль упругости (кг/см²);

α т – коэффициент линейного расширения (1/град);

ε – коэффициент черноты поверхности;

σ о = 5.67*10 -12 (Вт/См 2 град 4) – постоянная Стефана-Больцмана;

q– подводимая к аноду мощность (вт / см²);

T 0 – температура окружающей среды (град K).

Анализ методов решения

Дифференциальное уравнение (1) – (3), (4) можно решить двумя способами: неявным (абсолютно сходящимся) методом и явным (относительно сходящимся) методом конечно-разностной аппроксимации. Различие этих методов состоит в том, что в неявном методе шаг Δt задается любым, а в явном методе он ограничен и берется очень маленьким.

Отсюда вытекает различие в условиях устойчивости схем: .

В явной схеме ω<1/2, а в неявной схеме ω не ограничена. Это приводит к тому, что в явной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в предыдущий момент времени, а в неявной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в тот же момент времени.

Уравнение неявной схемы сразу решить нельзя, надо составлять систему уравнений, что на много усложняет схему программы. Преимущество неявной схемы в том, что, задавая нужный шаг, можно резко сократить количество итераций, в то время как в явном методе количество итераций будет составлять десятки тысяч. Однако при современном быстродействии компьютеров разница в несколько тысяч итераций во время работы программы не составит и секунды, а простой и удобный алгоритм способствует более качественному и быстрому написанию и отладке программы. Поэтому при разработке данной программы применялся явный метод конечно – разностной аппроксимации.

Электронная лампа

Российская экспортная радиолампа 6550C

Электро́нная ла́мпа , радиола́мпа - электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счёт управления интенсивностью потока электронов , движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами .

Радиолампы массово использовались в ХХ веке как активные элементы электронной аппаратуры (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т.п.). В настоящее время практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Иногда ещё применяются в мощных высокочастотных передатчиках, высококачественной аудиотехнике.

Электронные лампы, предназначенные для освещения (лампы-вспышки, ксеноновые лампы , и натриевые лампы), радиолампами не называются и обычно относятся к классу осветительных приборов.

Принцип действия

Электронная лампа RCA "808"

Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

• В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.
• Под воздействием разности потенциалов между анодом и катодом электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.
• С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

Газонаполненные электронные лампы

Основным для этого класса устройств является поток ионов и электронов в газе, наполняющем лампу. Поток может быть создан, как и в вакуумных устройствах, термоэлектронной эмиссией, а может создаваться образованием электрического разряда в газе за счёт напряжённости электрического поля.

История

По способу подогрева катоды подразделяются на катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой металлическую нить. Лампы прямого накала потребляют меньшую мощность и быстрее разогреваются, однако, обычно имеют меньший срок службы, при использовании в сигнальных цепях требуют питания накала постоянным током, а в ряде схем неприменимы из-за влияния разницы потенциалов на разных участках катода на работу лампы.
Катод косвенного накала представляет собой цилиндр, внутри которого располагают нить накала (подогреватель). Такие лампы называются лампами косвенного накала.

Катоды ламп активируют металлами, имеющими малую работу выхода . В лампах прямого накала для этого обычно применяют торий , в лампах косвенного накала - барий . Несмотря на наличие тория в катоде, лампы прямого накала не представляют опасности для пользователя, поскольку его излучение не выходит за пределы баллона.

Анод

Анод электронной лампы

Положительный электрод. Выполняется в форме пластины, чаще коробочки имеющей форму цилиндра или параллелепипеда. Изготавливается обычно из никеля или молибдена, иногда из тантала и графита.

Сетка

Между катодом и анодом располагаются сетки , которые служат для управления потоком электронов и устранения побочных явлений, возникающих при движении электронов от катода к аноду.

Сетка представляет собой решетку из тонкой проволоки или чаще выполнена в виде проволочной спирали, навитой на несколько поддерживающих стоек (траверс). В стержневых лампах роль сеток выполняет система из нескольких тонких стержней, параллельных катоду и аноду, и физика их работы иная, чем в традиционной конструкции.

По назначению сетки подразделяются на следующие виды:

В зависимости от назначения лампы, она может иметь до семи сеток. В некоторых вариантах включения многосеточных ламп, отдельные сетки могут выполнять роль анода. Например, в генераторе по схеме Шембеля на тетроде или пентоде собственно генератором служит «виртуальный» триод, образованный катодом, управляющей сеткой и экранирующей сеткой в качестве анода .

Баллон

Основные типы

Малогабаритные («пальчиковые») радиолампы

Основные типы электронных вакуумных ламп:

• Диоды (легко делаются на большие напряжения, см кенотрон)
• лучевые тетроды и пентоды (как разновидности этих типов)
• комбинированные лампы (фактически включают 2 или более ламп в одном баллоне)

Современные применения

Металлокерамический генераторный триод ГС-9Б с воздушным охлаждением (СССР)

Высокочастотная и высоковольтная мощная техника

• В мощных радиовещательных передатчиках (от 100 Вт до единиц мегаватт) в выходных каскадах применяются мощные и сверхмощные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода и высоким (более 100 А) током накала. Магнетроны , клистроны , т. н. радиолампа бегущей волны обеспечивают сочетание высоких частот, мощностей и приемлемой стоимости (а зачастую и просто принципиальной возможности существования) элементной базы.
• Магнетрон можно встретить не только в радаре , но и в любой микроволновой печи.
• При необходимости выпрямления или быстрой коммутации нескольких десятков кВ, которую невозможно осуществлять механическими ключами, необходимо использовать радиолампы. Так, кенотрон обеспечивает приемлемую динамику на напряжениях до миллиона вольт.

Военная промышленность

Из-за принципа действия электронные лампы являются устройствами, значительно более устойчивыми к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Для информации: в единственном устройстве может быть несколько сотен ламп. В СССР для применения в бортовой военной аппаратуре в 1950-е годы были разработаны стержневые лампы , отличавшиеся малыми размерами и большой механической прочностью.

Миниатюрная лампа типа «желудь» (пентод 6Ж1Ж, СССР, 1955 г.)

Космическая техника

Радиационная деградация полупроводниковых материалов и наличие естественного вакуума межпланетной среды делает применение некоторых типов ламп средством повышения надёжности и долговечности космических аппаратов. Применение в АМС Луна-3 транзисторов было связано с большим риском.

Повышенная температура среды и радиация

Ламповое оборудование может быть рассчитано на больший температурный и радиационный диапазон условий, нежели полупроводниковое.

Высококачественная звуковая аппаратура

По субъективному мнению большинства меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного». Существует несколько версий объяснения этих различий, как основанных на научных исследованиях, так и откровенно ненаучных рассуждениях. Одно из главных объяснений различий лампового и транзисторного звука, заключается в "естественности" звучания ламповой аппаратуры. Ламповый звук "объемный" (некоторые называют его "голографическим"), в отличие от "плоского" транзисторного. Ламповый усилитель отчетливо передает эмоции, энергетику исполнителя, "драйв" (за что их обожают гитаристы). Транзисторные усилители с трудом справляются с такими задачами. Нередко, конструкторы транзисторных усилителей используют схожую с лампами схемотехнику (режим работы в классе А, трансформаторы, отсутствие общей отрицательной обратной связи). Общим результатом этих представлений стало «возвращение» ламповой техники в сферу высококачественных усилителей . Объективная (научная) причина такого положения - высокая линейность (но не идеальная) лампы, в первую очередь триода. Транзистор, в первую очередь биполярный, элемент вообще нелинейный, и как правило не может работать без мер по линеаризации.

Достоинства ламповых усилителей:

Простота схем. Её параметры мало зависят от внешних факторов. В результате в ламповом усилителе, как правило, меньше деталей, чем в полупроводниковом.

Параметры ламп слабее зависят от температуры, чем параметры транзистора. Лампы малочувствительны к электрическим перегрузкам. Малое число деталей также весьма способствует надёжности и снижению искажений, вносимых усилителем. В транзисторном усилителе имеются проблемы с "тепловыми" искажениями.

Хорошая согласуемость входа лампового усилителя с нагрузкой. Ламповые каскады имеют очень большое входное сопротивление, что снижает потери и способствует уменьшению количества активных элементов в радиоустройстве. - Простота обслуживания. Если, например, у концертного усилителя прямо во время выступления выходит из строя лампа, то заменить её гораздо проще, чем сгоревший транзистор или микросхему. Но этим на концертах всё равно никто не занимается. Усилителей на концертах всегда в запасе, а ламповых - в двойном запасе (потому что, как ни странно, ламповые усилители значительно чаще ломаются).

Отсутствие некоторых видов искажений, присущих транзисторным каскадам, что благоприятно сказывается на звуке.

При грамотном использовании преимуществ ламп можно создавать усилители, превосходящие транзисторные по качеству звучания в пределах определённых ценовых категорий.

Субъективно винтажный внешний вид при создании имиджевых образцов аппаратуры.

Нечувствительность к радиации вплоть до очень высоких уровней.

Недостатки ламповых усилителей:

Помимо питания анодов, лампы требуют дополнительных затрат мощности на накал. Отсюда низкий КПД, и как следствие - сильный нагрев.

Ламповая аппаратура не может быть мгновенно готова к работе. Требуется предварительный прогрев ламп в течение нескольких десятков секунд. Исключение составляют лампы прямого накала, которые начинают работать сразу.

Выходные ламповые каскады требуется согласовывать с нагрузкой при помощи трансформаторов. Как следствие - сложность конструкции и плохие массо-габаритные показатели за счёт трансформаторов.

Лампы требуют применения высоких напряжений питания, составляющих сотни (а в мощных усилителях - тысячи) вольт. Это накладывает определённые ограничения в плане безопасности при эксплуатации таких усилителей. Также высокое снимаемое напряжение почти всегда требует применения понижающающего выходного трансформатора. При этом любой трансформатор является нелинейным устройством в широком диапазоне частот, что обуславливает внесение нелинейных искажений в звучание на уровне близком к 1% у лучших моделей ламповых усилителей (для сравнения: нелинейные искажения лучших транзисторных усилителей настолько малы, что их невозможно измерить). Для лампового усилителя, можно считать нормальными искажения на уровне 2-3%. Характер и спектр этих искажений отличается от искажений транзисторного усилителя. На субъективном восприятии, обычно это никак не сказывается. Трансформатор - конечно нелинейный элемент. Но его очень часто используют на выходе ЦАПа, где он осуществляет гальваническую развязку (препятствует проникновению помех из ЦАПа), играет роль фильтра ограничивающего полосу, и по видимому, обеспечивает правильный "расклад" фаз сигнала. В итоге, несмотря на все минусы (в первую очередь - высокую стоимость), звучание только выигрывает. Также трансформаторы, не редко, с успехом, используют в транзисторных усилителях.

Лампы имеют ограниченный срок службы. С течением времени параметры ламп меняются, катоды теряют эмиссию (способность испускать электроны), а нить накала может перегореть (большинство ламп работают до отказа 200-1000 часов, транзисторы на три порядка больше). У транзисторов также возможна деградация со временем.

Хрупкость классических ламп со стеклянным баллоном. Одним из решений данной проблемы была разработка в 40-х годах прошлого века ламп с металло-керамическими баллонами, имеющими большую прочность, однако такие лампы не получили широкое распространение.

Некоторые особенности ламповых усилителей:

По субъективному мнению аудиофилов, звучание электрогитар передаётся гораздо лучше, глубже и «музыкальнее» именно ламповыми усилителями. Некоторые объясняют это нелинейностью выходного узла и вносимыми искажениями, которые «ценятся» любителями электрогитар. Это на самом деле не так. Гитаристы используют эффекты связанные с увеличением искажений, но для этого в схему вносятся соответствующие изменения намеренно.

Очевидные недостатки лампового усилителя - хрупкость, большее потребление энергии, нежели у транзисторного, меньший срок службы ламп, большие искажения (об этом, как правило вспоминают, читая технические характеристики, из-за серьёзного несовершенства измерения основных параметров усилителей, многие производители такие данные не приводят, или по другому - два совершенно одинаковых, с точки зрения измеренных параметров, усилителя, могут звучать совершенно по разному), большие габариты и масса аппаратуры, а также стоимость, которая выше, чем у транзисторной и интегральной техники. Энергопотребление качественного транзисторного усилителя, также велико, впрочем его габариты и вес могут быть сопоставимы с ламповым усилителем. В общем, есть такая закономерность, чем "звучнее", "музыкальнее" и т.д., усилитель, тем его габариты и потребляемая мощность больше, а КПД ниже. Конечно, усилитель класса D может быть весьма компактным, а его КПД будет составлять 90%. Вот только что делать со звуком? Если у вас намечается борьба за экономию электроэнергии, то конечно, ламповый усилитель в этом деле не помощник.

Классификация по названию

Маркировки, принятые в СССР/России

Маркировки в других странах

В Европе в 30е годы ведущими производителями радиоламп была принята Единая европейская система буквенно-цифровой маркировки:

- Первая буква характеризует напряжение накала или его ток:

А - напряжение накала 4 В;

В - ток накала 180 мА;

С - ток накала 200 мА;

D - напряжение накала до 1.4 В;

E - напряжение накала 6.3 В;

F - напряжение накала 12.6 В;

G - напряжение накала 5 В;

H - ток накала 150 мА;

К - напряжение накала 2 В;

P - ток накала 300 мА;

U - ток накала 100 мА;

V - ток накала 50 мА;

X - ток накала 600 мА.

- Вторая и последующие буквы в обозначении определяют тип ламп:

B - двойные диоды (с общим катодом);

C - триоды (кроме выходных);

D - выходные триоды;

E - тетроды (кроме выходных);

F - пентоды (кроме выходных);

L - выходные пентоды и тетроды;

H - гексоды или гептоды (гексодного типа);

K - октоды или гептоды (октодного типа);

M - электронно-световые индикаторы настройки;

P - усилительные лампы со вторичной эмиссией;

Y - однополупериодные кенотроны;

Z - двухполупериодные кенотроны.

- Двузначное или трехзначное число обозначает внешнее оформление лампы и порядковый номер данного типа, причем первая цифра обычно характеризует тип цоколя или ножки, например:

1-9 - стеклянные лампы с ламельным цоколем («красная серия»)

1х - лампы с восьмиштырьковым цоколем («11-серия»)

3х - лампы в стеклянном баллоне с октальным цоколем;

5х - лампы с локтальным цоколем;

6х и 7х - стеклянные сверхминиатюрные лампы;

8х и от 180 до 189 - стеклянные миниатюрные с девятиштырьковой ножкой;

9х - стеклянные миниатюрные с семиштырьковой ножкой.

См. также

Газоразрядные лампы

В газоразрядных лампах обычно используется разряд в инертных газах при низких давлениях. Примеры газоразрядных электронных ламп:

• Газоразрядники для защиты от высокого напряжения (например на воздушных линиях связи, приемниках мощных РЛС и т.п.)
• Тиратроны (трёхэлектродные лампы - газоразрядные триоды, четырёхэлектродные - газоразрядные тетроды)
• Ксеноновые , неоновые лампы и другие газоразрядные источники света.

См. также

• AOpen AX4B-533 Tube - Материнская плата на чипсете Intel 845 Sk478 с ламповым усилителем звука
• AOpen AX4GE Tube-G - Материнская плата на чипсете Intel 845GE Sk478 с ламповым усилителем звука
• AOpen VIA VT8188A - Материнская плата на чипсете VIA K8T400M Sk754 С 6-канальным ламповым усилителем звука.
• Hanwas X-Tube USB Dongle - USB звуковая карта для ноутбуков с поддержкой DTS, имитирующая внешним видом электронную лампу.

Примечания

Ссылки

• Справочник по отечественным и зарубежным радиолампам. Более 14000 радиоламп
• Справочники по радиолампам и вся необходимая информация

Сейчас мы привыкли к компактным электронным устройствам и сверхтонким ноутбукам. А чуть больше ста лет назад появился девайс, который сделал это реальностью и произвел настоящую революцию в развитии электроники. Речь идет о радиолампе.

Ламповое вступление

В схемотехнике раньше повсеместно использовались лампы, первые электронные приборы были построены именно с их использованием. Золотое время радиоламп пришлось на первую половину 20 века. Для наших дедов и прадедов гораздо привычнее были гигантские ЭВМ, занимавшие целое помещение и греющиеся как адское пекло. На такой машине сериальчик не посмотришь.

Потом еще было время, когда советские микросхемы стали самыми большими в мире. Но это уже другая история, которая началась после появления полупроводниковых приборов. Как вы поняли, эта статья о работе электронной лампы и ее современном использовании.

Вакуумные приборы

Вакуум – это отсутствие материи. Точнее, практически полное ее отсутствие. В физике разделяют высокий, средний и низкий вакуум. Понятно, что электрического тока в вакууме быть не может, так как ток – это направленное движение (частиц) носителей заряда, которым в вакууме взяться неоткуда.

Но так уж и неоткуда? Металлы при нагревании испускают электроны. Это так называемая термоэлектронная эмиссия. На ней и основана работа электронных вакуумных приборов.

Термоэлектронную эмиссию открыл Томас Эдисон. Точнее ученый выяснил, что при нагреве нити и наличия в вакуумной колбе второго электрода вакуум проводит ток. Тогда Эдисон не в полной мере оценил значение своего открытия, но на всякий случай запатентовал его. Вывод: в любой непонятной ситуации патентуйте!

Вакуумные приборы – герметично запаянные баллоны с электродами внутри. Баллоны делают из стекла, металла или керамики, предварительно откачав из них воздух.

Помимо электронных ламп есть следующие вакуумные приборы:

• приборы СВЧ, магнетроны, клистроны;
• кинескопы, электронно-лучевые трубки;
• рентгеновские трубки.

Принцип работы электронной лампы

Электронная лампа – это электронный вакуумный прибор, который работает за счет управления интенсивностью потока электронов между электродами.

Простейший тип лампы – диод. Вместо того чтобы читать определения, лучше посмотрим на нее.

В любой лампе есть катод, с которого электроны вылетают, и анод, на который они летят. Если на катод подать «минус», а на анод «плюс», электроны, вылетевшие из раскаленного катода, начнут двигаться к аноду. В лампе потечет ток.

Кстати! Если вам нужно произвести расчет усилителя на диодах, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Диод обладает односторонней проводимостью. Это значит, что если на катод подать плюс, а на анод минус, тока в цепи уже не будет.

Помимо этих двух электродов в лампах могут быть и другие.

Все названия электронных ламп связаны с количеством электродов. Диод – два, триод – три, тетрод – четыре, пентод – пять и т.д.

Возьмем триод. Это диод, в который добавлен дополнительный электрод - управляющая сетка. Такая лампа с тремя электродами уже может работать как усилитель тока.

Если на сетке есть небольшое отрицательное напряжение, она будет задерживать часть электронов, летящих к аноду, и ток уменьшится. При большом отрицательном напряжении сетка «запрет» лампу, и ток в ней прекратится. А если подать на сетку положительное напряжение, анодный ток будет усиливаться.

Небольшое изменение напряжения на сетке, которая устанавливается рядом с катодом, существенно влияет на ток между катодом и анодом. На этом и строится принцип усиления.

Применение электронных ламп

Почти везде лампу вытеснил полупроводниковый транзистор. Однако в некоторых отраслях лампы заняли свое место и остаются незаменимыми.

Например, в космосе. Ламповое оборудование выдерживает больший диапазон температур и радиационный фон, поэтому используется в производстве космических аппаратов.

Лампы с воздушным или водяным охлаждением также находят применение в мощных радиопередатчиках.

Конечно, сложно представить современное музыкальное оборудование без ламповых схем.

Ламповый звук: правда или вымысел?

Усилители низкой частоты или просто усилители звука – самое известное современное применение радиоламп, которое к тому же вызывает много споров.

Доходит вплоть до «холиваров» между адептами лампового и транзисторного звука. Ламповый звук, как говорят, более «душевный» и «мягкий», его приятно слушать. В то время как транзисторный звук – «бездушный» и «холодный».

Ничего не бывает просто так, и вряд ли такие споры и мнения возникали на пустом месте. В свое время вопросом, действительно ли ламповый звук приятнее для слуха, заинтересовались ученые. Было проведено довольно много исследований на тему отличий лампы от транзистора.

По данным одного из них, ламповые усилители добавляют в сигнал четные гармоники, которые субъективно воспринимаются людьми как «теплые», «приятные» и «уютные». Правда, сколько людей, столько и мнений, поэтому споры до сих пор ведутся.

Часто спор – пустая трата времени. А вот студенческий сервис , наоборот, поможет сохранить ценные человеко-часы. Обращайтесь к нашим специалистам за качественной помощью в любой области знаний.

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. За последние 50 лет произошла смена уже не одного поколения компьютеров. И если первые четыре поколения отличались друг от друга только элементной базой и архитектурой, то так и не созданные «компьютеры пятого поколения» должны были включать в себя функции искусственного интеллекта.

К первому поколению относятся компьютеры на основе электронных ламп и реле (40-е года XX века). Оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках. Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы – 7 см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 минут одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15-20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось много времени. Быстродействие таких вычислительных систем: 5-30 тыс. арифметических операций в секунду. Данные заносились в память ЭВМ при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом. Такие компьютеры использовались в основном для научно-технических расчетов.

1 июля 1948 года фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу – транзистор. Это событие можно считать началом компьютеров второго поколения . Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме «Digital Equipment» выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов.

Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности. Самым главным отличием транзистора является то, что он один заменяет 40 электронных ламп и при этом работает с большей скоростью, выделяет очень мало тепла и почти не потребляет электроэнергию.

Появление интегральных схем ознаменовало появление машин третьего поколения . Интегральная схема, представляет собой миниатюрную электронную схему площадью около 10 квадратных миллиметров. Интегральная схема способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Частью ЭВМ становятся операционные системы. Многие задачи управления памятью, устройствами ввода/вывода и другими ресурсами стали брать на себя ОС или же непосредственно аппаратная часть ЭВМ. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Приход ЭВМ четвертого поколения связан с переходом интегральных схем на большие интегральные схемы и сверхбольшие интегральные схемы. Элементная база позволила достичь больших успехов в минимизации размеров, повышении надежности и производительности ЭВМ. Первым персональным компьютеров можно считать Altair-8800, созданным на базе Intel-8080, в 1974г. Лицо 4-го поколения в значительной мере определяется и созданием супер-ЭВМ, характеризующихся высокой производительностью. Супер-ЭВМ используются при решении задач математической физики, космологии и астрономии, моделировании сложных систем и др.

Термин компьютеры пятого поколения является ничем иным, как широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятая в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Ожидалось добиться существенного прорыва в области решения прикладных задач искусственного интеллекта. В частности, должны были быть решены такие задачи как:

• создание автоматического портативного переводчика с языка на язык (непосредственно с голоса);
• автоматическое реферирование статей, поиск смысла и категоризация
• задачи распознавания и др.

Идея саморазвития системы, по которой система сама должна менять свои внутренние правила и параметры, оказалась непродуктивной – система, переходя через определённую точку, скатывалась в состояние потери надёжности и утраты цельности, резко «глупела» и становилась неадекватной. За десять лет на разработки было истрачено более порядка 500 млн. долларов, программа завершилась, так и не достигнув цели. На сегодняшний день проект считается абсолютным провалом.

Было время, когда вся электроника создавалась на основе электронных вакуумных ламп, которые по внешнему виду напоминают маленькие лампочки, и которые выполняют функции усилителей, генераторов и электронных коммутаторов. В современной электронике для выполнения этих всех функций используются транзисторы, которые изготавливаются в промышленных масштабах при весьма низкой их себестоимости. Теперь же, исследователи из Исследовательского центра НАСА имени Эймса (NASA Ames Research Center) разработали технологию производства наноразмерных электронных вакуумных ламп, что позволит в будущем создать более быстро и более надежно работающие компьютеры.

Электронную вакуумную лампу называют вакуумной из-за того, что это стеклянный сосуд с вакуумом внутри. Внутри лампы есть нить накаливания, но она разогревается до более низкой температуры нежели нити обычных осветительных ламп. Так же, внутри электронной вакуумной лампы имеется положительно заряженный электрод, одна или несколько металлических сеток, с помощью которых управляют электрическим сигналом, проходящим через лампу.

Нить накала нагревает электрод лампы, который создает в окружающем пространстве облако электронов, и чем выше температура электрода, тем на большее расстояние от него могут удалиться свободные электроны. Когда это электронное облако достигает положительно заряженного электрода, то через лампу может течь электрический ток. Тем временем, регулируя полярность и значение электрического потенциала на металлической сетке, можно усилить поток электронов или прекратить его вообще. Таким образом, лампа может служить усилителем и коммутатором электрических сигналов.

Электронные вакуумные лампы, хоть редко, но используются сейчас, в основном для создания высококачественных акустических систем. Даже самые лучшие образцы полевых транзисторов не могут обеспечить того качества звука, которое обеспечивают электронные лампы. Это происходит по одной главной причине, электроны в вакууме, не встречая сопротивления, перемещаются с максимальной скоростью, чего невозможно добиться при движении электронов сквозь твердые полупроводниковые кристаллы.

Электронные вакуумные лампы более надежны в работе нежели транзисторы, которые достаточно просто вывести из строя. К примеру, если транзисторная электроника попадает в космос, то рано или поздно ее транзисторы выходят из строя, "поджаренные" космическим излучением. Электронные лампы же практически не подвержены воздействию радиации.

Создание электронной вакуумной лампы, размерами не превышающей размеры современного транзистора, является огромной проблемой, особенно в массовом производстве. Изготовление крошечных индивидуальных вакуумных камер - это сложнейший и дорогой процесс, который применяют только в случаях острой необходимости. Но ученые НАСА решили эту проблему достаточно интересным путем, оказалось, что при уменьшении размеров электронной лампы менее некоторого предела наличие вакуума перестает быть необходимым условием. Наноразмерные вакуумные лампы, у которых имеется нить накаливания и один электрод, имеют размеры в 150 нанометров. Зазор между электродами лампы настолько мал, что наличие в нем воздуха не является помехой для их работы, вероятность столкновения электронов с молекулой воздуха стремиться к нулю.

Естественно, впервые новые наноэлектронные лампы появятся в электронном оборудовании космических кораблей и аппаратов, где устойчивость электроники к радиации имеет первостепенное значение. Помимо этого, электронные лампы могут работать на частотах, в десятки раз превышающих частоты работы самых лучших экземпляров кремниевых транзисторов, что в будущем позволит на их основе создавать компьютеры, намного более быстрые, чем те, которые мы используем сейчас.