Elektronky: Princip Vlastní Emise

Elektronky jsou vakuové elektronické součástky, jejichž základem je řízení toku elektronů, vytvořeného tepelnou emisí ve vakuu. Původní název "lampa" byl odvozen od vzhledu prvku, první elektronky byly upravené žárovky."Elektronka" lépe vystihuje funkci i princip činnosti.

Základem každé elektronky je skleněná či kovová vysoce vyčerpaná baňka (s případnou příměsí netečných plynů nebo rtuti) a elektrody. Elektrody jsou katoda, anoda a podle druhu elektronky také několik mřížek. Katoda je nejdůležitější částí elektronky.

Emise Elektronů a Katoda

Katodou může být v podstatě každý kov, který je rozžhavením na cca 800°C schopen emise elektronů. Většina běžně používaných kovů ale vysokými teplotami velmi měkne a ztrácí mechanickou pevnost. Z dostupných kovů se tedy nejlépe hodí wolfram, který má při vysokých teplotách ještě dostatečnou pevnost. Wolframová vlákna se používají hlavně u vysílacích elektronek největších výkonů.

Pro běžné zesilovací a usměrňovací elektronky má samotný wolfram malou účinnost a proto se u speciálních elektronek kombinuje s thoriem. Tato kombinace má už poměrně vysokou schopnost emise elektronů, ale je velmi citlivá na přežhavení, kdy se thorium podstatně rychleji odpařuje a katoda tím ztrácí účinnost. Nejvyšším vývojovým stupněm takovýchto přímožhavených katod je wolframové vlákno pokryté kysličníky thoria, barya nebo vápníku.

Přímožhavené zesilovací elektronky je nutno žhavit pouze ss napětím, protože st napětí by modulovalo tok elektronů z katody (vlákno se střídavě ohřívá a chladne) a v signálu by se objevil nesnesitelný brum. Výjimkou jsou elektronky, které se zesilovacího procesu přímo neúčastní, např. usměrňovací diody. Přímožhavené zesilovací elektronky lze žhavit st proudem pouze tehdy, účastní-li se zesilovacího procesu ve dvojčinném zapojení (nf koncový stupeň),kde se v přesně symetrickém výstupním transformátoru brumové složky odečítají (Telefunken).

Čtěte také: Jak se připravit na školu v přírodě?

Některé původně přímožhavené výkonné koncové elektronky, které jsou vyráběny dodnes, mají katody upraveny jako nepřímožhavené, tj. žhavicí vlákno v trubičce, které není od trubičky izolováno, ale je dokonce s trubičkou /katodou/ spojeno. Tím je získána potřebná tepelná setrvačnost a zachována kompatibilita při výměně ve starších přístrojích.

Příkladem takto upravené elektronky byla dnes již nevyráběná AD1n z výroby Tesly a u které kvůli pseudopřímému žhavení musel být žhavicí proud zvýšen až na dvojnásobek. Proto byly vyvinuty elektronky s nepřímým žhavením, na malé výjimky dodnes používané. U nepřímožhavené elektronky je žhavicí vlákno vinuto bifilárně (protisměrně) pro potlačení vlastní indukčnosti, izolováno keramickým tmelem nebo kysličníkem hlinitým a vloženo do žáruvzdorné trubičky, zhotovené z niklu s přísadou hořčíku, která je pokryta emisní vrstvou kysličníků barya či stroncia a teprve tvoří katodu. Celek má poměrně velkou tepelnou setrvačnost, umožňuje tedy žhavit vlákno st proudem bez modulace průchozího signálu a navíc je žhavicí vlákno od vlastní katody odizolováno. Teprve tato konstrukce katod umožnila rozvoj zesilovací techniky.

Anoda a Ostatní Elektrody

Poslední funkční součástí i té nejjednodušší elektronky - diody - je anoda, která obklopuje v jisté, přesně nastavené vzdálenosti katodu. Je to nejvíce viditelná a největší z elektrod, protože musí rozptýlit poměrně velký ztrátový výkon, způsobený dopadem elektronů z katody - procházejícím proudem. Bývá vyrobena buď z hustého pletiva, nebo plechu speciálního složení, někdy ještě s přídavnými chladicími křídly.

Katoda, anoda a další elektrody musí mít zajištěnu vzájemně neměnnou polohu, čehož se dosahuje zvláštními můstky a držáky ze slídy nebo keramiky a celek je uvnitř baňky fixován opěrnými destičkami a křidélky.

Vakuová Baňka a Getr

Tento elektrodový systém je tedy umístěn v baňce, ze které má být co nejdokonaleji vyčerpán vzduch. Nejdokonaleji proto, že zbytky vzduchu by mohly být tokem elektronů ionizovány, tok elektronů odchýlen a tím by se stala činnost elektronky velmi nestabilní. Nepatrný zbytek (několik málo molekul) vzduchu, který nedokáží vyčerpat ani nejdokonalejší vývěvy, se odstraní tzv. getrem. Na některý z přívodů (nejčastěji anody) se ještě před zatavením do baňky bodovým svarem připevní malá vanička, obsahující kovové magnezium. To se ve vf peci nebo vn impulsem zapálí a magnezium při hoření spotřebuje všechny případné zbytky vzduchu. Rozprášené a spálené magnezium pak vytvoří zevnitř na baňce charakteristické zrcátko.

Čtěte také: Definice Vlastního Ohrožení

Některé starší a zvláště citlivé elektronky byly proti elektrostatickým polím a světlu stíněny a chráněny speciálním kovovým nástřikem, který měl (podle výrobce) i různé barvy. Výhodné byly (a některé dodnes jsou) starší elektronky s kovovou baňkou, které mají mnohem lepší mechanické i elektrické vlastnosti, které kromě toho mohou být daleko menší, než jejich skleněná obdoba. Celý systém je v těchto elektronkách uložen horizontálně na krátkých pevných nosnících, takže elektronka má stálejší parametry, malé sklony k mikrofonii a snadno se stíní pouhým ukostřením baňky.

Elektronkové Zesilovače a Jejich Vlastnosti

Základním stavebním prvkem elektronkových zesilovačů je elektronka, která má schopnost zesilovat střídavý signál. Jedná se o vakuový prvek, který pracuje na principu emise elektronů ve vakuu z přímo nebo nepřímo vyhřívané katody. Elektrony dopadají na anodu a jejich tok je řízen systémem kovových mřížek umístěných mezi anodou a katodou.

U elektronkových zesilovačů se používají dvě následující základní zapojení:

• Jednočinné zapojení v pracovní třídě A: Pracovní bod zesilovače je nastaven do lineární části VA charakteristiky elektronky. Elektronka zpracovává kladnou i zápornou půlvlnu signálu. Toto zapojení se vyznačuje nízkým zkreslením, ale má nízkou účinnost.
• Dvojčinné zapojení Push-Pull: Elektronky pracují ve třídě AB, koncový stupeň je navržen tak, aby při nízkých signálech zesilovaly obě elektronky ve třídě A a při vyšších signálech každá elektronka zpracovává jednu půlvlnu signálu. Elektronky musí mít zcela identické vlastnosti, zapojení vyžaduje výstupní transformátor ze zcela stejnými primárními vinutími. Toto zapojení má vždy přechodové zkreslení.

Pokud srovnáme princip činnosti tranzistorů a elektronek, je zřejmé, že elektronka pracuje s vysokým anodovým napětím a má vysokou vstupní i výstupní impedanci. V případě elektronkového zesilovače dochází postupně k deformaci tvaru sinusového signálu, kdežto tranzistorový zesilovač začne od určitého okamžiku signál ořezávat. S tímto souvisí tvorba signálů vyšších harmonických signálů při provozu, které mají významný vliv na barvu a subjektivní vnímání zvuku.

Konstrukce Zesilovačů a Zvláštnosti

Konstrukce elektronkových zesilovačů bývá odlišná od konstrukce současných elektronických zařízení. V důsledku nutnosti použít rozměrné transformátory je nezbytné použít klasické kovové šasi, nejlépe z nemagnetického materiálu. Je třeba počítat s tím, že se celé zařízení zahřívá. Musí být zajištěno dostatečné chlazení systému a použity materiály, které snesou zvýšenou teplotu. Pro napájení se používá podstatně vyšší anodové napětí, typicky asi 250 V, které omezuje použití SMD součástek. Při návrhu plošného spoje je třeba zajistit větší izolační mezery a je téměř nezbytná nepájivá maska. Z důvodů vyššího proudového i mechanického zatížení se výhradně používá tloušťka mědi 70 μm.

Čtěte také: Koupání na vlastní nebezpečí

Při konstrukci je třeba dbát na elektrickou bezpečnost, zvláště výstupní transformátory a vazební kondenzátory musí mít dostatečnou izolační pevnost. Při návrhu je třeba věnovat značnou pozornost odstranění síťového brumu. Významnou roli hraje vzájemná orientace síťového a výstupního transformátoru, zvláště u stereofonních verzí, přičemž jeho jádra by měla být předimenzovaná z důvodu menšího magnetického sycení. Kvalitu zvuku zásadně ovlivňuje konstrukce výstupního transformátoru. Pokud jej chceme navrhnout kvalitní, je třeba při jeho konstrukci dodržet celou řadu zásad. Z důvodů dosažení nízké parazitní kapacity je třeba použít prokládáné vinutí a tenké transformátorové plechy s velkou permeabilitou.

Elektronkové zesilovače se „vylepšují“ moderními elektronickými obvody (Blue- Tooth modul, automatické vypínání zesilovače, pokud není signál, omezení žhavicího proudu při zapnutí termistory NTC apod.). Zesilovače jsou téměř vždy konstruovány tak, aby bylo vidět atraktivní vzhled svítících elektronek a někdy se doplňují fluorescenčním indikátorem (magické oko).

tags: #elektronky #vlastní #emise #princip

Oblíbené příspěvky:

• Bioplynová stanice Liberec
• Hodnocení Flipbin 10L
• Boj proti obezitě s Lapachem
• Kärcher sada na čištění okapů – vlastnosti
• Krásy přírody v obrazových publikacích