Vakuumlampa (vārsts) — definīcija, darbības princips un vēsture

Uzzini vakuumlampu (vārstu) definīciju, darbības principu un vēsturi — no termiskās emisijas un stikla konstrukcijas līdz ENIAC un mūsdienu audio‑retro pielietojumiem.

Vakuumlampa, angļu valodā saukta arī par vārstu, ir elektroniska ierīce, ko izmanto daudzos vecāka modeļa radioaparātos, televizoros un pastiprinātājos. Katodu uzkarsē, līdzīgi kā spuldzītē, tāpēc tas izstaro elektronus. To sauc par termisku emisiju. Anods ir daļa, kas pieņem izstarotos elektronus. Ierīcei var būt arī citas daļas. Lai vakuumlampas darbotos, tām jābūt karstām. Lielākā daļa ir izgatavotas no stikla, tāpēc ir trauslas un var salūzt. Vakuuma lampas tika izmantotas pirmajos datoros, piemēram, ENIAC, kas bija lieli un kuru darbības turpināšanai bija vajadzīgs liels darbs.

Darbības princips

Vakuumlampas darbība balstās uz elektronu kustību vakuumā starp sakarsētu katodu un anodu. Katoda virsma tiek sakarsēta (tiešā vai netiešā ķēdē), un tamdēļ elektroni tiek izdalīti—šeit runa ir par termisko emisiju. Anoda piesaista šos elektronus, un, ja lampā ir iekļauts vadības režģis (grid), tas ļauj kontrolēt plūstošo strāvu. Mazā sprieguma izmaiņas pie regulējošā režģa var izraisīt lielas izmaiņas anoda strāvā, tādējādi nodrošinot pastiprināšanu.

Galvenie vārstu tipi

• Diode — divu elektrodu ierīce (katods un anods), darbojas kā taisngrieža elements;
• Triode — pievienots vadības režģis, ļauj pastiprināt signālus;
• Tetrode un pentode — ar papildu režģiem, uzlabo stabilitāti un samazina slodzes kapacitāti;
• Beam tetrode — uzlabo efektivitāti un samazina intereģrādošanos;
• Specializētie tipi — ģeneratori, svārstību lampas, augstsprieguma un RF lampas, kā arī gāzes piepildītie regulatori.

Pielietojumi

Vakuumlampas plaši izmantoja radio un televīzijas iekārtās, signālu pastiprinātājos, raidiekārtās, oscilatoros un agrajās datoru sistēmās (piem., ENIAC). Mūsdienās tās joprojām tiek lietotas īpašos gadījumos:

• augstas jaudas RF raidītājos un rūpnieciskos karsēšanas iekārtās;
• audio entuziastu un mūziķu pastiprinātājos (tube amps), kur vērtē siltu skanējumu;
• dažās zinātniskās un militārās ierīcēs, kur nepieciešama ļoti augsta sprieguma vai jaudas apstrāde;
• kolekcionēšanā un restaurācijā vēsturiskām iekārtām.

Vēsture un nozīmīgākie pavērsieni

Pirmās elektroniskās lampas radās 20. gadsimta sākumā. Nozīmīgākie momenti:

• 1904 — John Ambrose Fleming izstrādāja termionisko diodi;
• 1906 — Lee De Forest izveidoja triodi (Audion), kas ļāva pastiprināt vājākus signālus;
• 1920.–1940. gados vārsti veidoja radioaparātu, televīzijas un sakaru iekārtu pamattehnoloģiju;
• 1940. gados datoros, piemēram, ENIAC, tika izmantotas tūkstošiem lampu — tas padarīja ierīces lielas, karstas un mazāk uzticamas;
• 1950. gadu beigās un 1960. gados tranzistors un vēlāk integrētās shēmas plaši aizstāja vakuumlampas gandrīz visos komerciālajos lietojumos.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības: spēj apstrādāt lielas jaudas un augstu spriegumu, raksturīgs unikāls skaņas raksturs audio lietojumos, izturība pret īslaicīgām elektromagnētiskām pārspriegumiem;
• Trūkumi: lieli izmēri, liela siltuma emisija, augsta enerģijas patēriņa, trauslums (stikla kolba), ierobežota kalpošanas ilgums un nepieciešamība sildīšanai pirms darbības;
• Seraizmaksas un ražošanas grūtības mūsdienu komponentu kontekstā arī ierobežo plašu pielietojumu.

Uzturēšana un drošība

Strādājot ar vakuumlampām jāpatur prātā: tās ir trauslas un var saturēt bīstamus elementus vai augstus spriegumus. Pirms apkopes jāizslēdz iekārta un jāļauj kondensatoriem izlādes laikā izlāsties; jāizvairās no saskares ar anodu spriegumiem. Lampas bieži ir jāaizvieto, ja parādās mikroplēve, kvēlojuma zudums vai skaņas traucējumi pastiprinātājos. Atkritumu apsaimniekošanā jāievēro vietējie noteikumi par elektronisko detaļu un stikla izmešanu.

Mūsdienu nozīme un hobby kopiena

Lai gan lielākā daļa elektronikas ir pārgājusi uz pusvadītājiem, vakuumlampas saglabā savu vietu speciālos pielietojumos un to cienītāju lokā. Kolekcionāri, restauratori un audiopuristi turpina ražot, tirgot un lietot gan oriģinālās, gan mūsdienās pārstrādātas lampas.

Ja vēlaties detalizētāku informāciju par konkrētiem vārstu modeļiem, to elektriskajām shēmām vai nomaiņu audio pastiprinātājos, varu sagatavot skaidrojumus un ieteikumus atbilstoši jūsu vajadzībām.

Pašreizējais lietojums

21. gadsimtā vakuumlampas parastajās elektroniskajās iekārtās tiek izmantotas reti. Daudzās ierīcēs mūsdienās vakuumlampu vietā tiek izmantots tranzistors. Tomēr dažas ierīces, kurās joprojām izmanto vakuumlampu, ir šādas:

• Sistēmas, kurām nepieciešama augstas frekvences darbība, liela izejas jauda vai ļoti liels pastiprinājums, piemēram, televīzijas pārraide, rentgena iekārtas, radari un mikroviļņu krāsnis.
• Cilvēki, kuriem patīk klausīties mūziku, izmantojot augstas kvalitātes mājas stereosistēmas, dažkārt iegādājas pastiprinātājus, kuros izmanto vakuuma lampas. (Skatīt lampu skaņu).
• Mūziķi, kuri spēlē elektriskos mūzikas instrumentus, piemēram, elektrisko ģitāru, dažkārt izmanto vakuumlampu pastiprinātājus.
• Vakuumfluorescences displeji, kas ir plāni vakuuma lampu displeji, uz kuriem tiek attēlota vienkārša informācija, piemēram, skaitļi, joprojām ir diezgan izplatīti audio/video iekārtās un sadzīves ierīcēs, lai gan tos aizvieto LED displeji.
• Vairāki nišas lietojumi, piemēram, fotopavairotāju lampas.

Dobuma magnētrona caurule no mikroviļņu krāsns

Meklēt pēc burta