Экология познания. Наука и техника: Разгадка бестопливного источника электроэнергии заключается в получении электроэнергии непосредственно из обычного лампового триода-пентода в необычных режимах их работы
Валерий Дудышев разгадал тайну Николы Тесла про его источник электроэнергии на его электромобиле.
Зреет энергетическая революция в сфере альтернативной энергетики
Никола Тесла реально демонстрировал в работе бестопливный электромобиль еще в 1931 г. в Буфалло (США). Электроэнергия в электродвигатель на авто поступала от таинственной коробки с радиолампами. Но до сих пор эта тайна источника электроэнергии для электромобиля оставалась неразгаданной.
Разгадка заключается в получении электроэнергии непосредственно из обычного лампового триода-пентода в необычных режимах их работы. Необходимо лишь обеспечить взрывную электронную эмиссию с его катода. В итоге из лампового триода можно получить в электрическую нагрузку, присоединенную к нему параллельно - столько электроэнергии - сколько мы захотим (ну конечно в рамках разумного: скажем с выходной мощностью источника 5-10 квт). Взрывная электронная эмиссия – использованное в этом изобретении открытие академика Г. Месяца. - достигается в триоде подачей на управляющую сетку триода серии коротких по длительности но высоковольтных импульсов высокого напряжения.
Взрывная электронная эмиссия с поверхности катода приводит к образованию лавины электронов, ускоряемых управляющей сеткой и попадающих на анод триода
В итоге эта лавина электронов с анода поступает в электрическую нагрузку и через нее снова на анод триода. Вот так и возникает и поддерживается дармовой электрический ток в цепи «триод - нагрузка«. Иначе говоря в таком режиме обычный ламповый триод при сильном эл. поле на управляющей сетке становится дармовой источником электроэнергии.
Расчеты показывают, что обычный ламповый вакуумированный триод в таком режиме работы, позволяет получить мощную электронную эмиссию в ламповом триоде и после некоторой доработки триода-получить из обычного лампового триода бесплатную электроэнергию, причем при охлаждении катода и анода - с одной радиолампы до 10 квт - вот такие чудеса!
Весьма рициональным техническим решением является сочетание резонансного трансформатора Тесла с вакуумной лампой. В этом случае взрывная электронная эмессия с катода вакуумерй лампы обеспечивается самим трансформатором Тесла.
Мощная автоэлектронная эмиссия с выходной обмотки трансформатора Тесла
Вариант устройства с использованием трансформатора Тесла
Рис.1 Блок- схема конструкции источника дармовой электрической энергии. Данное устройство выполнено на основе совмещения трансформатора Тесла и сферической вакуумной лампы с игольчатым катодом.
Краткое описание конструкции источника дармовой электроэнергии
Вакуумная электронная лампа оригинальной конструкции (обведена пунктиром)содержит сферический анод 1 в виде наружной металлической полой вакуумированной сферы, внутри которой размещен сферический катод 2 с наружными иголками. Наружная сфера анод 1 помещена в центре кубического корпуса 3 с внутренней электроизоляцией.4 К аноду и катоду жестко присоединен металлические стержни 5 которые через отверстия 6 выходят наружу корпуса 3 и электрически соединены через ключи К2,3,4 соответственно с выходом трансформатора Тесла 7 и электрической нагрузкой 8, присоединенной к заземлителю 9. Трансформатор Тесла 7 присоединен по входу ключом К1 к первичному маломощному источнику электроэнергии 11 (например, батарейка «Крона»). Параллельно выходного электрической нагрузке 8 через ключом К4 присоединен преобразователь напряжения 10. служащий дл преобразования выходного высоковольтного напряжения с анода 1 в стандартные параметры электроэнергии 220 вольт 50 гц)
Устройство работает следующим образом: Вначале ключом К1 (12) присоединяют первичный источник электроэнергии 11 к трансформатору Тесла 7. Выходное высоковольтное напряжение с его выхода подают через ключ К2 на сферический игольчатый электрод – катод 2, которое образует с его игл мощную электронную эмиссию. Поток вырванных электронов с игл катода 2 достигает анода 1 и оседает на его внутренней поверхности.
В результате наружная поверхность сферического полого анода 1 приобретает избыточный электрический заряд, т.е. электрически заряжается до высоких напряжений. Затем после зарядки сферическорго анода 1. его присоединяют электрически через выходной стержневой электрод 5 ключом К3 к электрической нагрузке 8 и электрический заряд с анода 1начинает стекать черехз нагрузку 8 в заземлитель 9 и через него в Землю, т.е. в электрической нагрузке 8 возникает полезный электрический ток и вырабатывается полезная электроэнергия. При необходимости получения в иных полезных нагрузках электроэнергии стандартных параметров предусмотрен преобразователь напряжения включают ключ К4.
Избыточная электроэнергия в нагрузке 8 по сравнению с затратами электроэнергии от первичного источника 12 на работу трансформатора Тесла 7 обусловлена лавинной мощной автоэлектронной эмиссией электронов под воздействием огромных электрических сил электрического поля, создаваемого вторичной обмоткой трансформатора Тесла на иглах сферического катода 2
рансформатор Тесла - источник мощной электронной эмиссии. Посредством обычной вакуумной электронной лампы (лампового диода) этот поток электронов может быть превращен в полезную электроэнергию. Более подробно в статье ТРАНСФОРМАТОР ТЕСЛА В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ДАРМОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.
Вывод
Идея бесплатного электричества из триода состоит в том что вполне можно использовать обычный ламповый триод, как источник электроэнергии, при условии получения значительной электронной эмиссии с катода!
Для получения электричества в обычном ламповом триоде - надо просто подать высокое напряжение между катодом и ускоряющей сеткой причем с + на сетке, и тогда, с возникновением потока электронной эмиссии, с катода и его ускорении + на сетке триода - на анод триода - с катода хлынет поток электронов - электроток, который и замкнем через нагрузку на катод.
Чем больше по величине ускоряющее электрическое поле между катодом и сеткой - тем больше электронная эмиссия с катода (вплоть до взрывной эл. эмиссии), значит, и больше полезный электрический ток с анода - эл. ток в нагрузке.
Так, если создать элементарные нормальные условия работе лампового триода в таком свободном режиме (ведь электронов в материале катода огромное количество и хватит на много лет работы) – то вполне получаем дармовую электроэнергию в эл. нагрузке на концах триода - параллельно ему. Эффект получить наиболее просто именно на ламповом триоде, потому что в нем вакуум. Следовательно, электронная эмиссия и тем более взрывная эл. эмиссия в нем возникнет наиболее просто и особо эффективно, при наличии большого электрического потенциала на сетке обычного триода с вакуумом внутри его стеклянной колбы. опубликовано
Явление термоэлектронной эмиссии и обусловленный им электронный ток через вакуум лежат в основе устройства очень большого числа разнообразных электронных приборов, нашедших себе чрезвычайно важные применения в технике и в быту. Мы остановимся только на двух наиболее важных типах этих приборов: электронной лампе (радиолампе) и электроннолучевой трубке.
Устройство простейшей электронной лампы показано на рис. 176. В ней имеется раскаленная вольфрамовая нить 1, являющаяся источником электронов (катод), и металлический цилиндр 2 (анод), окружающий катод. Оба электрода помещены в стеклянный или металлический баллон 3, воздух из которого тщательно откачан. Такая двухэлектродная лампа называется вакуумным диодом.
Рис. 176. а) Двухэлектродная лампа (диод): 1 – катод (накаленная нить), 2 – анод (цилиндр), 3 – стеклянный баллон. б) Условное изображение диода
Если мы включим эту лампу в цепь батареи или другого источника тока так, чтобы анод ее был соединен с положительным полюсом источника, а катод – с отрицательным (рис. 177,а), и накалим катод при помощи вспомогательного источника (батареи накала Бн), то испаряющиеся из нити электроны будут лететь к аноду, и через цепь пойдет ток. Если же мы переключим провода так, чтобы минус источника был соединен с анодом лампы, а плюс – с ее катодом (рис. 177,б), то испаряющиеся из катода электроны будут отбрасываться полем обратно на катод, и тока в цепи не будет. Таким образом, диод обладает тем свойством, что он пропускает ток в одном направлении и не пропускает его в обратном направлении. Такого рода устройства, пропускающие ток только в одном направлении, называются электрическими вентилями. Они широко применяются для выпрямления переменного тока, т. е. для превращения его в постоянный ток (§ 166). Вакуумные диоды, специально приспособленные для этой цели, называются в технике кенотронами.
Рис. 177. а) Ток проходит через диод, когда анод соединен с положительным полюсом батареи Ба, а катод – с отрицательным. б) Ток не проходит через диод, когда его анод соединен с отрицательным полюсом батареи, а катод – с положительным. Бн – батарея накала нити
Электронные лампы более сложного типа, нашедшие себе широкое применение в радиотехнике, автоматике и ряде других отраслей техники, содержат, помимо накаленного катода (источника электронов) и собирающего эти электроны анода, еще третий дополнительный электрод в виде сетки, помещаемой между катодом и анодом. Обычно сетка бывает с очень крупными ячейками; например, ее делают в виде редкой спирали (рис. 178).
Рис. 178. а) Трехэлектродная лампа: 1 – катод (накаленная нить), 2 – анод (цилиндр), 3 – сетка (редкая спираль). б) Условное изображение триода
Основная идея, на которой основано применение таких ламп, заключается в следующем. Включим лампу в цепь батареи Ба, как показано на рис. 179, и будем накаливать катод с помощью вспомогательной батареи Бн (батареи накала). Включенный в цепь измерительный прибор покажет, что в цепи идет анодный ток . Подключим теперь к катоду лампы и сетке еще одну батарею Бс, напряжение которой можем произвольно менять, и будем с ее помощью изменять разность потенциалов между катодом и сеткой. Мы увидим, что при этом изменяется и сила анодного тока. Таким образом, мы получаем возможность управлять током в анодной цепи лампы, изменяя разность потенциалов между ее катодом и сеткой. В этом и заключается важнейшая особенность электронных ламп.
Кривая, изображающая зависимость анодного тока лампы от ее сеточного напряжения , носит название вольтамперной характеристики лампы. Типичная характеристика трехэлектродной лампы показана на рис. 180. Как видно из этого рисунка, когда сетка находится при положительном потенциале по отношению к катоду, т. е. соединена с положительным полюсом батареи, то увеличение сеточного напряжения приводит к увеличению анодного тока до тех пор, пока этот ток не достигнет насыщения. Если же мы сделаем сетку отрицательной по отношению к катоду, то при увеличении абсолютного значения сеточного напряжения анодный ток будет падать, пока при некотором отрицательном потенциале на сетке лампа не окажется запертой, т. е. ток в анодной цепи не обратится в нуль.
Рис. 180. Вольтамперная характеристика трехэлектродной лампы
Нетрудно понять причину этих явлений. Когда сетка заряжена положительно относительно катода, она притягивает к себе электроны из облака объемного заряда вблизи катода; при этом значительная часть электронов пролетает между витками сетки и попадает на анод, усиливая анодный ток. Таким образом, способствуя рассасыванию объемного заряда, положительно заряженная сетка увеличивает анодный ток. Наоборот, отрицательно заряженная сетка уменьшает анодный ток, потому что отбрасывает назад электроны, т. е. увеличивает объемный заряд вблизи катода. Так как сетка расположена гораздо ближе к катоду, чем анод, то уже малые изменения разности потенциалов между ней и катодом очень сильно отражаются на объемном заряде и сильно влияют на силу анодного тока. В обычных электронных лампах изменение сеточного напряжения на 1 В меняет анодный ток на несколько миллиампер. Для того чтобы достичь такого же изменения тока путем изменения анодного напряжения, это напряжение нужно было бы изменить гораздо больше – на несколько десятков вольт.
Одним из важнейших применений электронных ламп является применение их в качестве усилителей слабых токов и напряжений. Поясним на простом примере, как это осуществляется. Представим себе, что между сеткой и катодом лампы включен резистор с очень большим сопротивлением , скажем 1 МОм (рис. 181). Проходящий через это сопротивление очень слабый ток , скажем 1 мкА, создаст на этом сопротивлении по закону Ома напряжение . В нашем примере это напряжение равно 1 В. Но при таком изменении сеточного напряжения анодный ток меняется на 2-3 мА. Стало быть, изменение тока через сеточное сопротивление на 1 мкА вызывает изменение анодного тока, в несколько тысяч раз большее. Мы усиливаем, таким образом, первоначальный очень слабый ток в несколько тысяч раз, доставляя необходимую энергию за счет анодной батареи.
Рис. 181. Схема включения трехэлектродной лампы как усилителя тока и напряжения
Если в анодную цепь мы включим некоторое «нагрузочное» сопротивление , скажем 10 кОм, то изменение анодного тока на 2-3 мА вызовет приращение напряжения на этом сопротивлении 20-30 В. Иными словами, изменение сеточного напряжения на 1 В изменяет напряжение между точками и «нагрузочного» сопротивления на 20-30 В. Мы осуществили таким образом усиление первоначального очень малого напряжения.
Лампы с тремя электродами – катодом, анодом и сеткой, – подобные изображенной на рис. 178, носят название триодов. В современной технике широко применяются и более сложные лампы с двумя, тремя и большим числом сеток. Промышленность выпускает в настоящее время для разных целей много десятков типов ламп самых разных размеров, начиная от так называемых «пальчиковых» ламп толщиной с мизинец и длиной несколько сантиметров и кончая лампами выше человеческого роста. В малых лампах, употребляющихся, например, в радиоприемниках, анодный ток равен нескольким миллиамперам, в мощных лампах он достигает многих десятков ампер.
106.1. Почему катод электронной лампы быстро разрушается, если лампа плохо откачана и в ней есть небольшое количество газа?
Электронная лампа - электровакуумный прибор (электровакуумные приборы - приборы для генерации, усиления и преобразования магнитной энергии, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жесткой газонепроницаемой оболочкой), действие которого основано на изменении потока электронов (отбираемых от катода и движущихся в вакууме) электрическим полем, формируемым с помощью электродов. в зависимости от значеня выходной мощности электронные лампы делятся на приемно-усилительные лампы (выходная мощность - не свыше 10 Вт) и генераторные лампы (свыше 10 Вт).
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 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15-20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом.
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
Когда в СССР стало известно о создании в США машины ENIAC в АН Украины и в АН СССР была начата разработка первой, отечественной, действующей ЭВМ. Сведения о разработках на Западе поступали отрывочные, и, естественно, документация по первым ЭВМ была недоступна нашим специалистам. Руководителем разработки был назначен Сергей Александрович Лебедев. Разработка велась под Киевом, в секретной лаборатории в местечке Феофания. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) - так называлось детище Лебедева и сотрудников его лаборатории - занимала целое крыло двухэтажного здания и состояла из 6 тысяч электронных ламп. Ее проектирование, монтаж и отладка были выполнены в рекордно быстрый срок - за 2 года, силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Несмотря на то, что МЭСМ по существу была лишь макетом действующей машины, она сразу нашла своих пользователей: к первой ЭВМ выстраивалась очередь киевских и московских математиков, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:
- Ш наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;
- Ш кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;
- Ш двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;
- Ш автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;
- Ш наличие как арифметических, так и логических операций;
- Ш иерархический принцип построения памяти;
- Ш использование численных методов для реализации вычислений.
После Малой электронной машины была создана и первая Большая - БЭСМ-1, над которой С.И. Лебедев работал уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР. Одновременно с ИТМ и ВТ и конкурируя с ним, разработкой ЭВМ занималось недавно сформированное СКБ-245 со своей ЭВМ "Стрела".
БЭСМ и "Стрела" составили парк созданного в 1955 году Вычислительного центра АН СССР, на который сразу легла очень большая нагрузка. Потребность в сверхбыстрых (по тем временам) расчетах испытывали математики, ученые-термоядерщики, первые разработчики ракетной техники и многие другие. Когда в 1954 году оперативная память БЭСМ была укомплектована усовершенствованной элементной базой, быстродействие машины (до 8 тысяч операций в секунду) оказалось на уровне лучших американских ЭВМ и самым высоким в Европе. Доклад Лебедева о БЭСМ в 1956 году на конференции в западногерманском городе Дармштадте произвел настоящий фурор, поскольку малоизвестная советская машина оказалась лучшей европейской ЭВМ. В 1958 году БЭСМ, теперь уже БЭСМ-2, в которой память на потенциалоскопах была заменена ЗУ на ферритовых сердечниках и расширен набор команд, была подготовлена к серийному производству на одном из заводов в Казани. Так начиналась история промышленного выпуска ЭВМ в Советском Союзе!
Элементная база первых вычислительных машин - электронные лампы - определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.
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.
Эленктронная лампа - это название прекрасно подчеркивает основную черту радиолампы как электронного прибора, работа которого построена на использовании движения электронов. В чем же заключается участие электронов в работе радиолампы?
В металлах имеется много полусвободных, г. е. слабо связанных с атомами электронов. Эти электроны находятся в постоянном движении, точно так же как находятся в постоянном движении и все частицы вещества — атомы и молекулы.
Движения электронов хаотичны; для иллюстрации такого хаотического движения обычно приводят в качестве примера рой комаров в воздухе. Скорость движения электронов немала: она в грубых цифрах равна примерно 100 км/сек — это раз в 100 больше скорости винтовочной пули.
Но если электроны летают в металле в различных направлениях, как мошкара в воздухе, да еще с такими громадными скоростями, то они, вероятно, вылетают и за пределы тела.
На самом деле этого не происходит. Те скорости, которыми обладают в нормальных условиях электроны, недостаточны для их вылета из толщи металла во внешнее пространство. Для этого нужны гораздо большие скорости.
Электронная эмиссия
Каким же способом можно увеличить скорость движения электронов? Физика дает ответ на этот вопрос. Если нагревать металл, то скорость движения электронов возрастет и в конце концов может достичь того предела, когда электроны начнут вылетать в іпространство.
Нужная для этого скорость довольно велика. Например, для чистого вольфрама, из которого делают нити накала радиоламп, она равна 1270 км/сек. Такой скорости электроны достигают при нагреве вольфрама до 2 000° и выше (здесь и дальше градусы указаны по абсолютной шкале).
Испускание нагретым металлом электронов называется термоэлектронной эмиссией. Электронную эмиссию можно уподобить испарению жидкостей.
При низких температурах испарения совсем не происходит или оно бывает очень мало. С повышением температуры испарение увеличивается. Бурное испарение начинается по достижении точки кипения.
Испарение жидкости и термоэлектронная эмиссия металлов — явления, во многом сходные.
Для (получения термоэлектронной эмиссии металл надо нагреть, причем способ нагревания не имеет значения. Но практически удобнее всего нагревать металл электрическим током.
В электронных лампах нагреваемому металлу придают вид тонких нитей, накаливаемых электрическим током. Нити эти называются нитями накала, а нагревающий их ток — током накала.
Мы упоминали о том, что для получения эмиссии надо нагреть металл до очень высокой температуры — примерно до 2 000 и даже выше. Такую температуру выдерживает далеко не каждый металл; большинство металлов при такой высокой температуре плавится.
Поэтому нити накала можно делать только из очень тугоплавких металлов; обычно их делают из вольфрама.
Рис. 1. Температура нити накала лампы.
При t = 2 000° вольфрам начинает испускать электроны.
В первых образцах электронных ламп применялись чисто вольфрамовые нити накала. При температуре, нужной для получения эмиссии, вольфрамовые нити накаливались до белого свечения, отчего и произошло, между прочим, название «лампа».
Однако такая «иллюминация» обходится очень дорого. Чтобы накалить нить лампы до белого каления, нужен сильный ток. Маленькие приемные лампы с чисто вольфрамовой нитью накала потребляли ток накала в пол-ампера.
Но скоро был найден путь уменьшения тока накала. Исследования показали, что если покрыть вольфрам некоторыми другими металлами или их соединениями, то вылет электронов облегчается.
Для вылета требуются меньшие скорости, следовательно требуется и меньший нагрев нити, значит такая нить будет потреблять меньший ток накала.
Совершенствование нитей накала ламп
Мы не станем приводить здесь истории - постепенного совершенствования нитей, а сразу укажем, что современные оксидированные нити накала работают при температуре около 700—900° С, т. е. три мало заметном оранжево-красном накале.
В связи с этим удалось снизить ток накала примерно в 10 раз. Современный десятиламповый приемник потребляет примерно такой же ток накала, как приемник, имевший всего лишь одну лампу старого образца.
Процесс покрытия нитей накала облегчающими эмиссию составами называется активированием, а сами нити носят название активированных.
Активированные нити накала хороши во всех отношениях, кроме одного: они боятся перекала, т. е. повышенного против нормы нагрева.
Если активированную нить перекалить, то нанесенный на нее слой активирующего вещества улетучится; вследствие этого нить потеряет способность испускать электроны при низкой температуре.
Про такую лампу говорят, что она «потеряла эмиссию». Нить накала такой лампы цела, лампа «горит», но не работает. Об этом обстоятельстве следует помнить и никогда не допускать, чтобы напряжение накала лампы превосходило нормальную величину.
Конечно, потерявшую эмиссию лампу можно было бы заставить работать, доведя накал ее нити до белого свечения. Но нити современных ламп делаются очень тонкими и, так как при белом калении металл нити довольно быстро распыляется, то нити скоро перегорают.
Катоды
Нить накала является в электронных приборах излучателем электронов. В практических схемах использования этих приборов эти излучатели всегда соединяются с отрицательным полюсом (минусом) основного источника питания, почему они и называются катодами. Поэтому нить накала, служащую для излучения электронов, можно назвать катодом.
Но нужно отметить, что раскаленная нить не всегда служит непосредственным излучателем электронов. Иногда она используется только в качестве источника тепла, с помощью которого разогревается другое металлическое тело, являющееся уже источником нужных для работы лампы электронов.
Иначе говоря, функции подогрева и излучения электронов не всегда бывают объединены, т. е. нить накала не всегда бывает катодом.
Так, например, если катод выполнен в виде тонкой нити, такую нить удобно питать постоянным током от гальванических элементов или от аккумулятора, так как для ее накала требуется небольшой ток; катод оказывается экономичным.
Но для питания переменным током тонкие нити накала не годятся.
Для нормальной работы электронных приборов надо, чтобы катод все время излучал одинаковое количество электронов. Для этого его температура должна поддерживаться строго постоянной.
При питании нити от батарей или аккумуляторов это условие выполняется. Но при питании нити переменным током оно уже не может быть соблюдено.
Переменный осветительный ток 100 раз в секунду меняет свои величину и направление (дважды в течение каждого периода). 100 раз в секунду ток достигает наибольшей величины и столько же раз уменьшается до нуля.
Совершенно очевидно, что и температура нити накала будет испытывать колебания в соответствии с изменениями величины тока, а вместе с тем будет изменяться и количество излучаемых электронов.
Правда, вследствие тепловой инерции нить не успеет полностью охладиться в те мгновения, когда ток переходит через нулевое значение, но все же колебания ее температуры и величины электронной эмиссии оказываются очень заметными.
Это обстоятельство не позволяло раньше пользоваться таким удобным источником тока, как осветительная сеть, для питания электронных приборов, в которых использовалась тепловая эмиссия электронов.
Многочисленные попытки сделать нить накала пригодной для нагрева переменным током путем увеличения ее толщины были мало успешны. Полное решение этого вопроса дала лишь реализация предложения нашего ученого А. А. Чернышева об устройстве подогревного катода.
Подогревные катоды в настоящее время применяются во всем мире. Большая часть электронных приборов всех типов предназначена для питания от осветительной сети переменного тока и имеет подогревные катоды.
В подогревных катодах нить накала сама по себе уже не является источником, излучающим электроны. Непосредственный излучатель электронов изолирован от нити и лишь подогревается ею.
Отсюда и произошло название «подогревный» катод. Масса излучателя делается достаточно большой, для того чтобы он не успевал охладиться во время уменьшения величины подогревающего тока. Само собой понятно, что такие катоды не могут давать эмиссию немедленно после включения тока накала. Их разогрев занимает примерно от 15 до 30 сек.
Конструкции подогревных катодов бывают различными, но принцип их устройства в общем одинаков. В старых конструкциях подогреватель выполнялся в виде керамической трубочки диаметром около миллиметра с двумя сквозными каналами по ее длине.
В эти каналы пропускалась подогревная нить. В более современных конструкциях слой теплостойкой изоляции наносится непосредственно на нить подогревателя.
Для этого нить обмазывают составом, который после соответствующей обработки затвердевает, покрывая подогреватель теплостойкой оболочкой, обладающей достаточно хорошими изоляционными свойствами при высокой температуре.
На подогреватель надевается цилиндрик из никеля, покрытый снаружи слоем оксида, являющийся собственно излучателем электронов, или катодом.
У таких катодов имеются три вывода — два от концов подогревающей нити и один от излучателя. Первые два. обычно называются выводами нити накала, а третий — выводом катода.
Эмиссия подогревного катода совершенно равномерна.
Цилиндрическая форма подогревного катода наиболее распространена, но не является единственной. В некоторых современных электронных лампах применяются катоды торцового типа в форме стаканчика, дно которого снаружи покрыто оксидом.
Такие катоды применяются, в частности, в электронно-лучевых трубках, с которыми мы встретимся позже.
Если излучателем электронов является сама нить накала, то такой катод иногда называют катодом прямого накала; если же нить только подогревает излучатель, то подобное устройство часто называют катодом косвенного подогрева или косвенного накала.
Вакуум. Каждый, кто видел электронную лампу, знает, что она заключена в стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух. Внутри баллона воздух чрезвычайно разрежен.
Давление воздуха на поверхности земли, т. е. давление в одну атмосферу, соответствует примерно 760 мм рт. ст., а давление воздуха внутри баллона электронной лампы составляет всего лишь около 10^- 7 мм рт. ст. и даже меньше, т. е. примерно в 10 млрд. раз меньше атмосферного давления. Такую степень разреженности называют высоким вакуумом (вакуум по-русски значит пустота).
Для чего нужен вакуум в электронной лампе
Во-первых, он нужен для сохранения нити накала. Если бы нить накала, нагретая почти до тысячи градусов, находилась просто в воздухе, то она бы очень скоро перегорела. Нагретые тела быстро окисляются кислородом воздуха.
Во-вторых, вакуум нужен для беспрепятственного движения вылетающих из нити электронов. Работа электронной лампы основана на использовании электронов, вылетающих из нити накала.
Однако для того чтобы можно было как следует использовать электроны, надо, чтобы они не встречали на своем пути никаких препятствий. Воздух же является таким препятствием.
Рис. 2. Давление воздуха внутри баллона радиолампы примерно в 10 раз меньше атмосферного.
Молекулы и атомы газов, входящих в состав воздуха, в несметном количестве окружают нить накала и препятствуют полету электронов. Для того чтобы уменьшить возможность столкновения электронов с частицами газов, воздух внутри баллона разрежают.
Особую роль в создании вакуума играют так называемые «геттеры», или поглотители. Дело в том, что при массовом производстве ламп было бы слишком долго и невыгодно доводить вакуум в них до требуемой степени при помощи насосов.
Поэтому поступают иначе. При помощи насосов производят лишь предварительное, так сказать черновое, разрежение воздуха в лампе. Давление доводят до одной тысячной или даже только до одной сотой миллиметра ртутного столба.
А для устойчивой работы лампы необходимо, чтобы давление в ней было меньше одной миллионной миллиметра ртутного столба. Чтобы получить это высокое разрежение, в лампе распыляют вещество, которое обладает способностью жадно поглощать газы. Таким свойством обладают, например, металлы магний, барий и некоторые соединения.
Чтобы распылить геттер в лампе со стеклянной оболочкой, к ней подносят катушку, питаемую током высокой частоты. Укрепленная на никелевой пластинке внутри лампы таблетка геттера раскаляется и испаряется.
Пары ее оседают на стекле и образуют тот серебристый (при магниевом геттере) или темно-металлический налет (при геттере из бария), который мы видим у большинства стеклянных электронных ламп.
Этот металлический налет жадно поглощает все остатки газов, и давление в лампе падает до миллионной доли миллиметра ртутного столба, его уже вполне достаточно для устойчивой и надежной работы лампы.
В среде столь разреженного газа электроны распространяются практически беспрепятственно. При движении внутри лампы не больше чем один электрон из миллиона встречается на своем пути с молекулой газа.