Главная | Форум | Фото | Блоги | Игры
Форум студентов КФУ - ex ТНУ
Старый 23.12.2007, 01:33   #1
dm1try dm1try вне форума
Активный участник
 
Аватар для dm1try
 
Регистрация: 20.02.2007
Ф-т: Физический
Сообщений: 253
Репутация: 424
Очки: 9,649, Уровень: 65
Очки: 9,649, Уровень: 65 Очки: 9,649, Уровень: 65 Очки: 9,649, Уровень: 65
Активность: 0%
Активность: 0% Активность: 0% Активность: 0%
Отправить сообщение для dm1try с помощью ICQ
Радость транзистор

http://news2000.org.ua/c/44010
Виталий СНЕЖИК

60 лет назад появился транзистор

Многим из нас уже трудно представить жизнь без мобильных телефонов, компьютеров, МР-3 или DVD-плееров и прочей современной техники, которой перенасыщен окружающий мир.

А все началось с того, что североамериканские ученые Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Брайтеном разработали опытный образец полупроводникового прибора, работа которого заключалась в усилении электрического тока и управлении им. До этого в распоряжении человека имелись громоздкие и неэкономичные электронные лампы, выполнявшие эту функцию в разных устройствах.

Однако изобретение транзистора можно без преувеличения назвать революцией в развитии электронной техники. Возможно, когда 23 декабря 1947 г. исследователи официально представили общественности результаты своих трудов, это осознали немногие, но тем не менее уже через несколько лет люди увидели преимущества полупроводникового прибора перед лампой.

Самым первым товаром широкого потребления на транзисторах стал слуховой аппарат, появившийся в 1952 г. Через некоторое время мир охватил настоящий транзисторный бум. Чего только стоит повальное увлечение во всем мире радиоприемником-«мыльницей» на нескольких транзисторах! А к концу 50-х гг. были изобретены интегральные микросхемы, состоящие из десятков, а то и сотен микроскопических полупроводниковых компонентов.

Постепенно транзисторные устройства проникли чуть ли не во все отрасли промышленности. Но, пожалуй, наибольшие изменения новый прибор произвел в сфере обработки данных и коммуникаций. Происходила тотальная миниатюризация различных устройств одновременно с увеличением их возможностей, как, например, в случае с ЭВМ и АТС. Космические полеты были бы невозможны без транзисторов. Без них не могут обойтись и системы наблюдения, управления и наведения, системы связи, передачи данных и многое другое, находящееся в распоряжении военных. Перечень видов применения полупроводниковых приборов можно продолжать до бесконечности.

Появление интернета, который произвел революцию в сфере коммуникаций в 90-х гг. прошлого века, стало возможным только благодаря транзистору. Может быть, сегодня некоторые ученые могут предсказать, какие новшества техники нас ожидают в ближайшее десятилетие, однако вряд ли самая неуемная фантазия в состоянии создать картину того, к каким результатам приведет событие 23 декабря 1947 г., скажем, к началу ХХІІ века


http://www.nkj.ru/archive/articles/2265/
«ДИНОЗАВРЫ» ДВАДЦАТОГО ВЕКА. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ РАДИОЛАМП

Архив / №7, 2004 / «ДИНОЗАВРЫ» ДВАДЦАТОГО ВЕКА. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ РАДИОЛАМП
№7, 2004

Л. АШКИНАЗИ.

СОЗДАТЬ ТЕХНОЛОГИЮ — ЭТО ИСКУССТВО

Основным фактором, который должны были учитывать инженеры, стали особые условия, в которых работает лампа: это высокие температуры и вакуум.

Работа над технологией начиналась с выбора материала. Проблемой материалов для электронных ламп занимались целые институты, были опубликованы тысячи статей и книг. В крупных фирмах существовали даже специальные металлургические отделы. Ситуация обычно складывалась так, что материалы, которые способны выдерживать высокие температуры, например тугоплавкие молибден и вольфрам, сильнее и нагреваются из-за плохой теплопроводности. Приходилось экспериментировать со сплавами или с композициями (смесями). Так, у смеси вольфрама и меди высокая проводимость сочетается с хорошей теплопроводностью и достаточной прочностью.

После того как материалы выбраны, деталям из них нужно придать соответствующую форму. Зачастую для этого применяли те же способы механической обработки, что и в других отраслях машиностроения и приборостроения. Правда, старались, например, обойтись без механической полировки — после нее в поверхностном слое остается много загрязнений. В качестве альтернативы использовали химическую или электрохимическую полировку, а также шлифовку. Раньше чем где-либо, в производстве радиоламп нашли применение электрофизические методы размерной обработки: электроэрозионная и ультразвуковая.

Подавляющее большинство металлических деталей ламп получали пластической деформацией — гибкой (токопроводящие элементы, сетки, навиваемые в виде спиралей на траверсы), штамповкой (фрагменты анодов) и др. В результате менялась структура материала — в нем возникали механические напряжения, которые впоследствии могли исказить форму и размеры деталей. Снизить напряжения и восстановить структуру металла помогает отжиг — выдержка при высокой температуре и медленное охлаждение.

ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ РАДИОЛАМПОЙ И БУТЫЛКОЙ ШАМПАНСКОГО?

Когда открывают бутылку с шампанским или газированной водой, начинают выделяться пузырьки газа: при уменьшении давления растворимость газов в жидкости уменьшается. То же происходит и при нагреве. В металлах, из которых делают радиолампы, тоже растворены газы, и, чтобы в готовой лампе сохранялся хороший вакуум, детали подвергают отжигу.

Атмосфера в отжиговой печи должна быть очень чистой, только в этом случае примеси уходят с поверхности, а не насыщают ее. На первый взгляд кажется, что оптимально было бы отжигать детали и заготовки в вакууме. Но получить высокий вакуум в большой печи, набитой грязными (по меркам электроники) деталями, весьма непросто и дорого. Вместо вакуума для отжига хорошо подошла атмосфера водорода, который заодно восстанавливал оксидные пленки. Правда, водород проникает в некоторые металлы. Но на это, как правило, не обращали внимания: при обработке уже собранной лампы водород относительно легко выходил из деталей и откачивался насосами. Нельзя лишь отжигать в водороде металлы, активно поглощающие водород, например титан, — они становятся хрупкими. Такие детали отжигали в аргоне, а иногда в смесях инертного и восстанавливающего газов.

При отжиге из металлов удаляли азот, углерод и кислород. На поверхности образовывались вода и углекислый газ — это диффундирующие из глубины металла атомы водорода и углерода взаимодействуют с оксидами. Углерод, содержавшийся в стальных деталях, при таких температурах не вступал в реакцию с водородом, и их отжигали во «влажном водороде» — смеси водорода и водяного пара. Из стекла и керамики при отжиге также выделяются водяной пар и углекислый газ, но они в таком виде растворены в диэлектриках.

Отжечь детали, чтобы они стали чище «снаружи и внутри», очень сложно. В поисках решения этой проблемы выполнено множество исследований, опубликовано немало статей, а в учебниках по технологии электронных ламп отжигу отводится весьма заметное место.

Температура, продолжительность процесса, состав газа, скорость его течения, количество, материал, расположение загружаемых изделий — все влияло на результат, причем зачастую непредсказуемым образом. Бывало, при отжиге загрязнения переносились с одних деталей на другие; несмотря на избыточное давление в печи, туда проникали газы из атмосферы; лампы, собранные из тщательно очищенных деталей, оказывались хуже, чем те, где детали были более грязными. Эти и десятки других загадок, успешные и безуспешные попытки их решения составляли ежедневную работу технологов.

Со временем тайну брака ламп со слишком хорошо очищенными деталями удалось раскрыть. Оказалось, что при особо тщательной очистке поверхность деталей становится химически активной и мгновенно окисляется при извлечении их из печи. У относительно же грязных изделий на поверхности уже существует оксидная пленка, защищающая их от дальнейшего загрязнения.

БЕЗ ПОКРЫТИЙ НЕ ОБОЙТИСЬ

Другим чрезвычайно важным аспектом в производстве радиоламп стало нанесение покрытий. На мебель покрытия наносят, чтобы выглядела красиво, на детали машин — чтобы предохранить их от коррозии, повысить износоустойчивость, улучшить внешний вид. То есть детали и без покрытий не теряют работоспособности. В электронных лампах покрытия, как правило, выполняли именно рабочую функцию. Так, оксид кальция увеличивает эмиссионную способность катода. Такими же свойствами обладают оксиды других щелочноземельных металлов, в частности бария и тория. В связи с этим изменилась конструкция катодов: внутри узкого металлического цилиндра с нанесенным на его наружную поверхность эмиссионным покрытием помещали нить нагревателя, покрытую, в свою очередь, изоляционной пленкой.

Лампы с подогревными катодами оказались во много раз более эффективными и долговечными. Поэтому в технологии электронных ламп иногда логичнее было говорить не о покрытиях на деталях, а о деталях, которые существуют лишь как основа для покрытия. Например, на экраны электронно-лучевых трубок наносили (и сейчас наносят) люминофоры — без них не получишь видимого изображения.

Применялись и вообще непонятные на первый взгляд процессы. Например, на слюдяные изоляторы ламп наносили покрытия из частиц оксидов магния и алюминия, чтобы сделать поверхность шероховатой. Изолятор на изолятор, да еще ради придания шероховатости? Все дело в том, что из-за высоких температур металлические детали ламп частично испаряются, и нельзя допустить, чтобы частицы металла, осаждаясь на изоляторах, создавали сплошную пленку — может произойти короткое замыкание. А так они попадут только на выступы поверхности изоляторов, а углубления останутся чистыми.

Вообще, методов нанесения покрытий существует великое множество. Например, чтобы сетки не эмитировали электроны (термические из-за нагрева от расположенного рядом катода или вторичные), на них гальванически наносят слой металла с высокой работой выхода — золото, серебро, титан, сплав олова с никелем и др.

Однако в технологии электровакуумных приборов для образования покрытий на детали чаще наносят слой порошка и затем его спекают. Частицы порошка и подложки срастаются друг с другом за счет взаимной диффузии. Степень спекания обычно невелика, и покрытие получается пористым. Пористость не мешает работе лампы, а подчас даже полезна. Похожее структурой на губку, пористое покрытие имеет очень большую поверхность, благодаря чему, скажем, увеличивается эмиссионная способность катода или поглощающая способность геттера — специального вещества, помещаемого в баллон лампы и адсорбирующего оставшиеся после откачки газы.

СВАРКА ИЛИ ПАЙКА?

Готовые детали — катоды с эмиссионным покрытием, намотанные на траверсы сетки, подогреватели со слоем изолятора, штампованные из листа или массивные медные аноды, изоляторы из слюды или керамики, заготовки колб и выводов — укладывали в особые боксы, называемые эксикаторами, с обезвоженной и обеспыленной атмосферой, и можно было начинать сборку.

В лампах детали неподвижны (они и не должны двигаться, иначе все параметры «поплывут»), поэтому их соединяли с помощью сварки, пайки и неподвижных посадок. Правда, вначале некоторые мощные лампы делали разборными, и они работали с постоянной откачкой вакуумными насосами (но так продолжалось совсем недолго).

Главная проблема для технологов заключалась в том, что приходилось сваривать и паять самые разнородные материалы: металлы с металлами, стекло с металлом, керамику с металлом. Кроме того, в процессе работы элементы лампы разогреваются, и если соединяемые материалы имеют различные коэффициенты теплового расширения, то в соединении могут возникать механические напряжения, приводящие даже к его разрушению. Металлические детали маломощных ламп соединяли обычно точечной контактной электросваркой; при производстве мощных ламп применяли аргонно-дуговую сварку, дававшую вакуумно-плотный шов и поэтому позволявшую сваривать детали оболочки лампы.

При сварке плавятся материалы обеих свариваемых деталей. Если же один из материалов остается твердым, то такой процесс называется пайкой оплавлением. Именно так соединяли стеклянную колбу лампы с металлическими выводами, причем плавилось стекло. Кстати, для выводов изобрели особый сплав железа с никелем (28%) и кобальтом (18%). Он называется коваром и имеет коэффициент температурного расширения почти такой, как стекло. Чтобы не возникало термических напряжений в местах соединения выводов с электродами лампы, которые изготовлены из материалов с совсем другими коэффициентами температурного расширения, использовали промежуточные тонкие и гибкие провода, игравшие роль амортизаторов.

При пайке керамики и металла, напротив, плавится металл, причем часто применяют так называемую «активную пайку»: между керамической и металлической деталями прокладывают фольгу из титана, затем этот комплект сжимают и нагревают. За счет диффузии возникала переходная зона, и материалы накрепко соединялись. Наконец, металл с керамикой (впрочем, и стекло со стеклом) можно соединить с помощью пайки, но не металлическими припоями, а «глазурями» — специальным легкоплавким стеклом.

А на какие ухищрения приходилось идти, чтобы соединить, например, сапфир со стеклом или кварц со стеклом! Кварц расширяется при повышении температуры на порядок меньше, чем стекло, и технологам пришлось разработать ряд из примерно десяти стекол с постепенно уменьшающимся коэффициентом температурного расширения. Процесс пайки шел так: на кварц наплавляли первое стекло, далее на него — второе и так далее до обычного стекла: получался этакий слоеный пирог.

Мы так подробно рассказываем о технологии, чтобы стало понятным, как много проблем, подчас самых неожиданных, возникает перед инженерами и как порой изящно с ними справляется человеческий ум.

ТРЕНИРОВАННАЯ ЛАМПА РАБОТАЕТ ДОЛЬШЕ

Но вот лампа собрана, пора откачать из нее воздух, а заодно окончательно очистить и обезгазить детали. Для этого, не прекращая откачки, на электроды подавали рабочие напряжения. С помощью подобного приема, который называют тренировкой, удавалось решить одновременно несколько задач.

Во-первых, происходило активирование катода: чисто практически эмиссионное покрытие проще было наносить в виде карбонатов металлов, а уже они при нагреве превращались в оксиды, выделяя углекислый газ, удаляемый вакуумным насосом.

Во-вторых, на электродах могли оставаться мелкие пылинки. Электрическое поле срывало их с места и переносило на более заряженный электрод. Разогнавшись в поле, они, как метеориты, ударялись о поверхность и испарялись.

Наконец, на поверхности анода, которая никогда не бывает абсолютно ровной, оставались острые выступы. Напряженность поля там оказывалась максимальной, и острие подвергалось интенсивной бомбардировке электронами. Металл в этих местах нагревался до температуры испарения, выступы автоматически сглаживались, а пары металла откачивались. (Случись такое в готовой лампе, наверняка произошел бы электрический пробой.) Напоследок на стенки баллона напыляли тонкий слой металлического геттера, и оставалось лишь отпаять стеклянную трубку (штенгель), соединявшую лампу с откачивающей системой. После этого на баллон устанавливали цоколь и припаивали к выводам ножки.

Наконец промаркированные лампы упакованы в картонные коробочки — и на радиозавод. А там в какие только устройства они не попадали: в бытовые радиоприемники, в радиовещательные передатчики, переносные радиостанции, телевизоры, в устройства автоматики, а позже — в первые компьютеры. На переломе ХХ века электровакуумные приборы выпускали десятками миллионов в год, и их будущее казалось безоблачным. Однако в физических лабораториях уже рождался «могильщик» радиоламп. Им стал созданный в 1947 году американскими учеными У. Шокли и Дж. Бардиным полупроводниковый транзистор. Новый прибор выполнял те же функции, что и электровакуумный триод, но был очень маленьким, долговечным и экономичным, поскольку не требовал энергии для подогрева катода.

(Окончание следует.)

http://www.nkj.ru/archive/articles/2000/
"ДИНОЗАВРЫ" ДВАДЦАТОГО ВЕКА. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ РАДИОЛАМП

Архив / №8, 2004 / "ДИНОЗАВРЫ" ДВАДЦАТОГО ВЕКА. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ РАДИОЛАМП
№8, 2004

Л. АШКИНАЗИ.

Уступив полупроводниковым транзисторам по многим направлениям, радиолампы удержали плацдарм в области огромных энергий и сверхвысоких частот. Отсюда они начали наступление и поныне успешно работают в радиолокаторах, системах космической связи, микроволновых печах. Наиболее качественные устройства звуковоспроизведения также сейчас делают на лампах.

Жестокая борьба за существование

Появление полупроводников поначалу не посеяло паники среди создателей электровакуумных приборов. Электрические параметры первых транзисторов из-за несовершенства технологии сильно отличались от экземпляра к экземпляру. А среди радиоламп и в то время были свои «лилипуты».

Еще в 1934 году Ю. А. Кацман и А. А. Шапошников предложили конструкцию «штабельной лампы»: на керамических рамках крепились отдельные электроды, потом рамки складывались штабелем. Специалистам американской фирмы «Дженерал электрик» удалось, идя по этому пути, создать лампы диаметром 1 мм. Затем попытались создать так называемые планарные лампы, все электроды которых находились в одной плоскости: на участки подложки наносили слой металла, и электроны летели с пленки-катода на пленку-анод над пленкой-сеткой. Интересным оказался гибрид штабельной и планарной ламп: пленочный анод наносили на одну керамическую пластину, а катод и сетку — на другую. Их можно было разместить на подложках с высокой плотностью, а работали они при температурах до 500°С.

Но полупроводниковая технология шла семимильными шагами, и электронные лампы стали вымирать, как динозавры.

Кстати, между судьбами древних ящеров и радиоламп можно провести забавную параллель. Если среди выживших пресмыкающихся оказались лишь маленькие (самым крупным, пожалуй, является крокодил), то в случае с радиолампами все получилось с точностью до наоборот. Востребованными оказались электронные монстры метровых размеров. Почему это произошло?

Физические принципы работы транзисторов не позволяют создать мощные полупроводниковые приборы, работающие на сверхвысоких частотах. Для отвода тепла нужно иметь довольно большую площадь р—n-перехода. Это в свою очередь увеличивает емкость, и на высоких частотах коэффициент усиления падает. Кроме того, чем больше мощность, тем больший заряд возникает в области р—n-перехода, и за время периода колебаний он не успевает рассасываться, то есть носители его — электроны и дырки — не успевают, говоря на профессиональном языке, рекомбинировать.

А вот среди радиоламп 30—40-х годов были такие, которые оказались способны генерировать и усиливать сигналы с частотой в сотни мегагерц. Эти очень необычные устройства предназначались для радиолокаторов.

У обычных электровакуумных триодов, как и у транзисторов, верхняя рабочая частота ограничена. Ведь несмотря на высокую скорость электронам требуется какое-то время, чтобы пролететь от катода до сетки. Если это время больше периода изменения напряжения на сетке, то электрон не успеет добраться до анода. Кроме того, на высоких частотах начинают играть роль межэлектродные емкости и индуктивности выводов, искажая сигнал.

Традиционный способ модуляции электронного пучка по интенсивности на определенном этапе себя исчерпал. Требовалось нетривиальное решение.

Электронный прибой

Выход нашли изобретатели братья Р. и З. Варианы, В. Хан и Г. Метклаф, наблюдая на море за накатывающими на берег волнами прибоя. Поэтому придуманную ими лампу они назвали клистроном, что в переводе с греческого означает «удар волны».

По законам физики переменный электрический ток возбуждает в пространстве электромагнитное поле, которое в свою очередь наводит эдс в расположенном поблизости проводнике. На явлении электромагнитной индукции построена вся радиосвязь. Это же явление положено в основу работы клистрона.

Здесь нам придется вспомнить еще об одном явлении — резонансе. Резонанс электромагнитных колебаний возникает в колебательном контуре, состоящем из индуктивности и емкости. Чем меньше индуктивность и емкость, тем выше резонансная частота контура. Для очень высоких частот контур состоит из двух пластин, соединенных проводником. Правда, такой контур сильно излучает энергию в пространство. Однако если его закрыть со всех сторон металлом (экранировать), то излучение уменьшится. Представим, что к одному проводу добавился второй, третий, четвертый и так далее, — в конце концов получится фигура, напоминающая тор, и она сможет играть роль экрана.

Этот контур, называемый объемным резонатором, не только не излучает, но и не возбуждается внешним полем. Но стоит проделать в пластинах центральные отверстия и пустить сквозь них электрон, как на пластинах появится напряжение (хотя и очень-очень маленькое). Вот если бы электронов было сразу много, то и напряжение оказалось бы высоким.

Теперь вообразите электровакуумный прибор, в котором, как в кинескопе, есть электронная пушка, формирующая пучок электронов. На его пути поместим объемный резонатор, соединенный с источником высокочастотных колебаний. Пролетая сквозь него, электроны будут либо ускоряться, либо тормозиться — это зависит от направления поля в зазоре в данный момент времени.

Проследим, что происходит с электронным пучком дальше. Чтобы наглядно представить себе это, достаточно сравнить летящие электроны с забегом на длинную дистанцию с раздельным стартом, причем в этом забеге среди бегунов есть мастера, разрядники и начинающие. Очень скоро участники разобьются на группы, состав которых будет постоянно меняться, а численность групп будет оставаться примерно постоянной. Так же ведут себя электроны, промодулированные по скорости в зазоре резонатора. Они летят не равномерным потоком, а сгустками. Чем не переменный электрический ток? Другими словами, модуляция по скорости превратилась в модуляцию по плотности.

Осталось поместить на пути пучка еще один резонатор, в котором электроны будут наводить теперь уже весьма значительные напряжения. Это и есть клистрон. Лампа работает как усилитель с коэффициентом усиления 40—65 дБ, а мощность выходного сигнала в импульсе может достигать десятков мегаватт.

Если на пути пучка электронов оставить один резонатор, а за ним поместить отрицательно заряженный отражательный электрод, возвращающий электроны в зазор резонатора, то получится генератор. Инициировав колебания в резонаторе, мы модулируем пучок по скорости, электроны собираются в группы, которые окончательно формируются при возвращении пучка к резонатору (фазу можно регулировать, изменяя потенциал отражательного электрода) и поддерживают колебания.

Такой тип клистрона, названный отражательным (в отличие от усилительного, который называют пролетным), изобрели в 1940 году советские инженеры В. Ф. Коваленко, Н. Д. Девяткин, Е. Н. Данильцев и И. В. Пискунов. Он развивает небольшую мощность (несколько ватт), и в ряде случаев вместо него можно использовать полупроводниковые приборы, но в диапазоне миллиметровых волн отражательный клистрон до сих пор дает фору полупроводникам.

Наперегонки с электромагнитной волной

Родовое свойство клистронов состоит в том, что они хорошо усиливают колебания той частоты, на которую настроены объемные резонаторы. А можно ли сделать лампу, которая, как обычный триод, усиливала бы колебания сверхвысоких частот в некотором диапазоне? Рудольфу Компфнеру, сотруднику Лаборатории Белла это удалось. В 1944 году он изобрел лампу, в которой электронный пучок модулировался бегущей электромагнитной волной. На первый взгляд это невозможно: волна бежит со скоростью света, а электроны, даже разогнавшись в поле напряжением в несколько тысяч вольт, движутся по крайней мере в 10 раз медленнее.

Компфнер сумел «замедлить» волну: его лампа представляет длинную колбу, вдоль которой идет спираль. По ней волна несется действительно со скоростью 300 000 км/с, а вот скорость ее распространения вдоль оси гораздо меньше, а именно во столько раз, во сколько длина витка спирали больше ее шага. В нижней части лампы, где располагается входной конец спирали, находится электронная пушка. Создаваемый ею пучок электронов взаимодействует с полем волны, которое модулирует электроны по скорости: половину периода волна ускоряет электроны, а другую половину периода тормозит.

Как и в клистроне, электроны собираются в группы и, продолжая дрейфовать вдоль спирали, наводят в ней ток, подпитывающий волну; сами электроны при этом постепенно теряют энергию. Чем длиннее спираль, тем выше мощность волны на выходе и соответственно коэффициент усиления лампы. Здесь большие размеры не только не мешают, а даже помогают усиливать сигнал.

Если подать на спираль волну другой длины, то по сути ничего не изменится, только расстояние между электронными сгустками будет другое, то есть коэффициент усиления мало зависит от частоты сигнала.

Лампы бегущей волны (ЛБВ) работают на частотах от 300 МГц до 300 ГГц, а их коэффициент усиления достигает 50 дБ.

Помимо «чистых» конструкций клистрона и ЛБВ в технике применяются их гибриды. В одном из них пучок модулируют бегущей волной, а выходной сигнал снимают с резонатора. В другом, наоборот, модуляция происходит в зазоре резонатора, а потом сгустки электронов наводят волну в спирали.

От радара к микроволновой печи

Область применения клистронов и ЛБВ не очень велика: это УКВ- и телевизионные передатчики, радиолокаторы, устройства спутниковой связи. Их изготавливают в незначительных количествах. Но есть тип мощных СВЧ-приборов, ежегодный выпуск которых достигает десятков миллионов. Речь идет о магнетронах — главной детали микроволновых печей. Реализация технических идей, комплекс которых позже воплотился в конструкции магнетрона, шла поэтапно. В этом процессе принимали участие начиная с начала 20-х годов А. Холл, Яга и Окабе, Г. Бут, Дж. Рендалл, М. С. Нейман. Сам прибор появился в 1939 году усилиями Н. Ф. Алексеева, Д. Е. Малярова и В. П. Илясова.

По своей сути магнетрон — это диод. В нем всего два электрода — концентрически расположенные анод и катод. Однако параллельно их оси приложено сильное магнитное поле. Вылетающие с катода электроны испытывают влияние электрического поля анода и постоянного магнитного поля. Анод тянет их к себе, а сила Лоренца изгибает траекторию. Если индукция очень велика, то электроны, круто повернув, вынуждены будут вернуться на катод. При меньшей индукции под действием этих скрещенных полей они начинают двигаться по расширяющейся спирали и, будь анод простой цилиндрической формы, через некоторое время попали бы на его поверхность. Однако в медном аноде вырезаны полости, представляющие собой объемные резонаторы.

Электроны, минуя щели резонаторов, наводят в них ток, теряя при этом часть энергии. Возникающие электромагнитные колебания модулируют, как в клистроне, электроны по скорости, и те образуют сгустки. Но в клистроне электроны движутся по прямой, а в магне-троне — по довольно сложной траектории. Если правильно подобрать размеры деталей, индукцию магнитного поля и анодное напряжение, то сгустки будут проходить мимо щелей резонатора, отдавая максимум энергии и поддерживая колебания.

Магнетрон отличается от клистрона и ЛБВ еще тем, что в нем все «переплетено» — катод, входной резонатор, дрейфовое пространство, выходной резонатор и коллектор. В ЛБВ средние три элемента соединены в спирали: входная ее часть в основном модулирует пучок, выходная в основном снимает сигнал с пучка и вся она — пролетное пространство. В магнетроне все сечения эквивалентны, каждое содержит кусочек катода, кусочек пролетного пространства, коллектора и замедляющей системы.

В 1957 году физик Г. И. Бабат и писательница А. Л. Гарф написали в жанре беллетристики книгу под названием «Магнетрон». В ней рассказывалось о временах, когда физики Америки и Англии мучились проблемой: как обнаружить на экранах радаров перископы нацистских подводных лодок. Сейчас это знает каждый школьник, а тогда вопрос стоил десятки тысяч жизней.

Кстати, первые промышленные микроволновые печи, изобретателем которых был американец П. Спенсер (см. «Наука и жизнь» № 2, 2003 г.), начали делать в Японии с 1952 года. И дело не только в том, что в то время там быстро развивалась электроника, но и в особенностях японской кухни, где почти не употребляют жареного. В Японии предпочитают вареные и пареные блюда, а в СВЧ-печах продукты (главное, чтобы в них присутствовала влага) прогреваются изнутри и их температура не превышает точку кипения воды.

Меломания — удовольствие дорогое

Не только электровакуумные СВЧ-приборы смогли оказать достойную конкуренцию транзисторам. Обычные лампы со статическим управлением тоже не забыты. Они нашли применение в звуковоспроизводящей аппаратуре класса «хай-энд». Причина опять же в физических принципах работы полупроводников. Вольт-амперная характеристика транзистора имеет экспоненциальную форму. Поэтому, чтобы гармонический (синусоидальный) сигнал усиливался без искажений, усилительный каскад нужно охватить глубокой отрицательной обратной связью (ООС). Но ООС, снижая нелинейные искажения, добавляет искажения фазовые: гармоники различных частот сдвигаются относительно друг друга. Ухудшаются и динамические характеристики, поскольку не удается передать крутой фронт сигнала при резком, «взрывном» увеличении громкости. В результате звук, кажущийся чистым, теряет «прозрачность», естественность.

У ламп на характеристике есть почти прямолинейный участок, и при работе на нем требуется совсем незначительная ООС. Качество звука оказывается очень высоким, но и по цене такие усилители сравнимы с автомобилями.

Что и говорить, былое могучее войско радиоламп поредело. Сейчас даже кинескопы вынуждены потесниться перед плазменными и жидкокристаллическими панелями. Но с уважением отнесемся к тем приборам, которым удалось выжить, и уж тем большее уважение проявим к людям, которые создали не только эти, но и канувшие в лету приборы.
__________________
большое пожалуйста!!!
страшно, когда забивает студент, а ещё страшнее, когда преподаватель... ©
первые два года студент боится, чтоб не выгнали, а остальные три - чтоб не загнали... в аспирантуру ©
  Ответить с цитированием
Ответ

Опции темы

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход


tnu.in.ua
Powered by vBulletin® Version 3.8.1
Copyright ©2000 - 2024, Jelsoft Enterprises Ltd.
Copyright © TNU.in.UA, 2007
Часовой пояс GMT +4, время: 15:55.