Электровакуумные приборы представляют собой класс устройств, предназначенных для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии. Их ключевая конструктивная особенность — рабочее пространство, заключенное в герметичную оболочку, изолированную от атмосферного воздуха. Это обеспечивает необходимые условия для управления потоками заряженных частиц.
Основные категории электровакуумных приборов
Все приборы данного типа можно разделить на три крупные группы: вакуумные электронные приборы, где электроны движутся в глубоком вакууме; газоразрядные приборы, в которых рабочий процесс происходит в среде разреженного газа; и лампы накаливания.
Лампы накаливания
Это самый массовый вид электровакуумных приборов. Удаление воздуха из стеклянного баллона предотвращает быстрое окисление и перегорание раскаленной вольфрамовой нити. Для повышения эффективности многие лампы заполняют инертным газом (аргоном, криптоном), что позволяет увеличить температуру накала и, соответственно, светоотдачу, не сокращая срок службы. Таким образом, вакуум или инертная атмосфера здесь служат прежде всего для защиты активного элемента.
Вакуумные электронные приборы
В этих приборах создается высокий вакуум (давление порядка 10⁻⁶ – 10⁻¹⁰ мм рт. ст.), чтобы минимизировать столкновения электронов с молекулами газа. При такой степени разрежения ионы остаточных газов практически не влияют на траекторию электронного луча и не создают значительных помех. К этому обширному классу относятся несколько видов устройств, различающихся по назначению.
1. Электронные лампы (триоды, тетроды, пентоды)
Используются для генерации и усиления электрических колебаний в широком диапазоне частот — вплоть до 3 ГГц. Они стали фундаментом для развития радиосвязи, радиовещания и телевидения.
2. Приборы сверхвысоких частот (СВЧ)
К ним относятся магнетроны, клистроны, лампы бегущей и обратной волны. Они генерируют колебания на частотах от 300 МГц до 3 ТГц. Основная сфера применения — радиолокация, спутниковая и радиорелейная связь, системы телевизионного вещания.
3. Электронно-лучевые приборы
Сюда входят кинескопы, осциллографические и запоминающие трубки. Их задача — преобразовывать информацию, например, отображать электрические сигналы на экране (осциллограф) или формировать изображение из видеосигнала (телевизор).
4. Фотоэлектронные приборы
Фотоэлементы и фотоэлектронные умножители преобразуют световую энергию в электрический сигнал. Они нашли применение в телевидении (передающие трубки), астрономии, ядерной физике и системах автоматики.
5. Вакуумные индикаторы
Например, цифровые индикаторные лампы (Nixie tube) или электронносветовые индикаторы настройки. Они преобразуют электрическую энергию в световую для отображения информации в измерительной аппаратуре, радиоприемниках и других устройствах.
6. Рентгеновские трубки
Преобразуют энергию ускоренных электронов в рентгеновское излучение. Широко используются в медицине для диагностики, в промышленности для дефектоскопии, а также в научных исследованиях в химии, физике и биологии для анализа структуры веществ.
Газоразрядные электронные приборы
В этих приборах, хотя давление газа и ниже атмосферного, именно ионизированный газ (плазма) является ключевым элементом рабочего процесса. Их также относят к электровакуумным из-за изолированной от атмосферы газонаполненной оболочки.
1. Ионные приборы большой мощности
Тиратроны, ртутные вентили, таситроны. В них ионы газа нейтрализуют объемный заряд, что позволяет коммутировать огромные токи (до тысяч ампер) и мощности (до мегаватт). Применяются для преобразования тока в промышленности, на транспорте, в радиолокации и установках электроискровой обработки.
2. Газоразрядные источники света
Люминесцентные, неоновые, натриевые и другие газоразрядные лампы, используемые для освещения, рекламы и в киноаппаратуре. Сюда же относятся импульсные лампы, применяемые в оптической локации и системах передачи данных.
3. Газоразрядные индикаторы
Знаковые, матричные и линейные индикаторы (например, на основе тлеющего разряда), которые служат для визуального отображения информации в вычислительной технике и измерительных приборах.
4. Квантовые газоразрядные приборы
Газовые лазеры и квантовые стандарты частоты. Они преобразуют энергию электрического разряда в когерентное оптическое излучение, используемое в связи, метрологии, обработке материалов и научных исследованиях.