تبلیغات
آموزش حرفه و فن

آموزش حرفه و فن
 
نویسندگان

اساس كار لامپ های الكترونی دو قطبی و سه قطبی

مقدمه

کلمه الکترونیک از الکترون گرفته شده است. الکترونیک علم بررسی خواص الکترون ها و روش های کنترل و استفاده از آنهاست. الکترونیک جزو علومی است که در اوایل قرن بیستم پایه گذاری شده است. اما بسیاری از دستگاه هایی که از طریق جریان الکتریکی کار می کنند، قبل از قرن بیستم کشف شده اند. تلگراف، تلفن و لامپ الکتریکی از جمله این دستگاه ها هستند و دستگاه های الکتریکی نامیده می شوند.

در قرن حاضر دستگاه های الکترونیکی کشف شده اند. این دستگاه ها با ابزارهای خاصی همچون لامپ خلاء دو قطبی ، لامپ خلاء سه قطبی و ترانزیستور کار می کنند. کشف لامپ خلاء دو قطبی یا دیود به وسیله جی ای فلمینگ و لامپ خلاء سه قطبی یا تریود به وسیله لی دو فورست، علم الکترونیک را پایه گذاری کرد.

در نیمه قرن بیستم نوع دیگری از لامپ های دو قطبی و سه قطبی کشف شدند که در آنها از نیمه هادی ها استفاده می شد. این دومین تحول در علم الکترونیک بود. پس از آن، ابزارهای الکترونیکی کوچک تر و پیچیده تر شدند. کوچک شدن اندازه این دستگاه ها مرهون پیشرفت در ساخت مدارهای مجتمع یا آی- سی ها بود. این مدارها با به کارگیری نیمه هادی ها کامل شدند.

 

لامپ های خلاء دو قطبی (دیود)

شاید شما هنوز رادیو یا تلویزیون های لامپی را به خاطر داشته باشید. پیدایش علم الکترونیک را می توان با ساخت اولین لامپ خلاء به نام دیود به معنای دو قطبی مقارن دانست. لامپ های دو قطبی ساده ترین نوع لامپهای خلاء اند. آنها از حبابی تشکیل شده اند که هوای داخل آن خارج شده است. به همین جهت به آنها لامپ خلاء می گویند. داخل این حباب، دو فلز به نامهای کاتد و آند وجود دارد. کاتد رشته سیمی است که وقتی گرم می شود، الکترون های آن آزادانه و با سرعت به حرکت در می آیند، به گونه ای که می توانند از آن خارج شوند. آند یک صفحه فلزی ساده است که در مقابل کاتد قرار دارد. اگر آند را به قطب مثبت باتری و کاتد را به قطب منفی آن وصل کنیم، آند دارای بار مثبت خواهد شد.

حتما به یاد دارید که قطب مثبت بار منفی را جذب می کند. بنابراین، آند الکترون هایی را که با گرم شدن کاتد از آن خارج می شوند را جذب می کند و الکترون ها به سوی آند حرکت می کنند. الکترون ها نمی توانند در هوا حرکت کنند، به همین جهت هوای داخل لامپ تخلیه شده است. حرکت الکترون ها از کاتد به آند، باعث تولید جریان الکتریکی در مدار می شود.

لامپ خلاء

حال اگر قطب مثبت باتری را به کاتد و قطب منفی آن را به آند وصل کنیم، در این صورت آند دارای بار منفی خواهد شد. می دانیم که بارهای منفی یکدیگر را دفع می کنند، بنابراین الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند، توسط آند جذب نمی شوند، بلکه از آن رانده می شوند و در اطراف کاتد باقی می مانند. به همین جهت در این وضعیت جریانی به وجود نمی آید.

پس لامپ دو قطبی دارای ساختمان ساده ای است. فقط هنگامی که آند به قطب مثبت وصل می شود، الکترون ها می توانند از مدار عبور کنند. ولی وقتی آند را به قطب منفی وصل می کنیم الکترون ها نمی توانند در مدار جاری شوند. در واقع الکترونیک بر اساس ساختار ساده لامپ های دو قطبی پایه گذاری شده است. از لامپ های دو قطبی برای یک طرفه کردن جریان برق استفاده می شود. به همین جهت آنها را یک سو کننده نیز می نامند.

لامپ قطبی نیمه هادی

لامپ های دو قطبی نیمه هادی، بسیار کوچک تر از لامپ های خلاء دو قطبی هستند. البته هر دو یک کار را انجام می دهند. این لامپ ها از ماده نیمه هادی سیلیکان ساخته شده اند.

این لامپ ها دارای قطعات بسیار کوچکی از سیلیکان اند که ناخالصی های ویژه ای به آن افزوده می شود. با اضافه کردن این ناخالصی ها دو نوع مختلف از سیلیکان به دست می آید که سیلیکان نوع" ان" و سیلیکان نوع" پی" نام دارند. این دو به یکدیگر وصل می شوند. محل اتصال این دو نوع را خط اتصال" پی - ان" می نامند.

وقتی قطب مثبت باتری به سیلیکان نوع پی و قطب منفی آن به سیلیکان نوع ان متصل شود، جریان بر قرار می شود. ولی اگر عکس این کار انجام شود، جریان برقرار نمی شود. بنابراین لامپ های دو قطبی نیمه هادی، مثل لامپ های خلاء دو قطبی، کار یک سو کننده را انجام می دهند، با این تفاوت که اندازه این لامپ ها از لامپ های خلاء بسیار کوچک تر است.

 

دیود

 

لامپ های خلاء سه قطبی (تریود)

پس از آن لامپ های تریود به معنای سه قطبی ساخته شد که به عنوان تقویت کننده و یا نوسان ساز در مدارهای الکترونیکی به کار می رفت. از این لامپ ها برای کنترل جریان الکترون ها استفاده می شود. ساختمان آنها مانند لامپ دو قطبی است با این تفاوت که یک شبکه فلزی بین کاتد و آند قرار گرفته است.

اگر این شبکه هیچ ولتاژی نداشته باشد، لامپ درست مانند لامپ دو قطبی عمل می کند، یعنی الکترون ها از کاتد خارج و به آند انتقال می یابند. ولی اگر به شبکه فلزی کمی بار منفی داده شود، الکترون هایی که از کاتد خارج می شوند به وسیله شبکه دفع خواهند شد. به این ترتیب تعداد الکترون هایی که به آند می رسد، کاهش خواهد یافت. بنابراین جریان الکتریکی مدار نیز کاهش می یابد. از آنجا که شبکه خیلی به کاتد نزدیک است، می تواند تاثیر زیادی بر روی الکترون ها داشته باشد. در واقع بار منفی کوچکی که به شبکه داده می شود، می تواند الکترون هایی را که بین کاتد و آند جریان دارند را به میزان زیادی کنترل کند.

اگر کمی بار مثبت به شبکه فلزی داده شود، درست عکس حالت قبل، شبکه کمک می کند که آند الکترون های بیشتری را جذب کند. بنابراین جریان الکترون ها از کاتد به آند افزایش می یابد. اگر بار مثبت شبکه کمی افزایش یابد، جریان الکترون ها از کاتد به آند به مقدار بسیار زیادی افزایش خواهد یافت. می بینید که وقتی ولتاژ شبکه را کمی تغییر می دهیم، جریان به مقدار زیادی تغییر می کند.

بنابراین اگر بار مثبت شبکه را کمی بیشتر کنیم جریان چندین بار بزرگ می شود. پس از لامپ سه قطبی می توان برای تقویت جریان های ضعیف استفاده کرد. مثلا میکروفن مطابق ارتعاشات صدا، نوساناتی در جریان الکتریکی تولید می کند. حال اگر این نوسانات به شبکه یک لامپ سه قطبی منتقل شود، در این صورت جریان به مقدار زیادی تقویت می شود. این جریان را می توان به وسیله سیم های الکتریکی به مناطق دور دست ارسال کرد.

اگر آند یک لامپ سه قطبی به شبکه لامپ سه قطبی دیگری متصل شود، جریان خیلی بیشتر تقویت خواهد شد. امواجی که از طریق آنتن رادیو دریافت می شوند، خیلی کوچک اند به گونه ای که نمی توان آنها را شنید. پس برای این که قادر به شنیدن برنامه های رادیویی شویم، این امواج باید در چند مرحله تقویت شوند، این کار به وسیله لامپ های سه قطبی انجام می گیرد.

ترانزیستور ها

ترانزیستورها دارای سه لایه سیلیکان اند. لایه وسطی را پایه، یکی از دو لایه را که در طرفین قرار گرفته است را منتشر کننده و دیگری را گیرنده می نامند. (بیس - امیتر- کلکتور) اساس کار پایه در ترانزیستور مانند کار شبکه فلزی در لامپهای خلاء سه قطبی است. یعنی پایه می تواند به کمک جریانی که بین منتشر کننده و گیرنده برقرار است، جریان های ضعیف را تقویت کند. بنابراین ترانزیستور نیز مثل لامپ سه قطبی کار یک تقویت کننده را انجام می دهد با این تفاوت که خیلی کوچک تر است.

 

انواع ترانزیستور

 

معایب لامپ ها

لامپ تریود با ساخت لامپ های تترود(چهار قطبی) و پنتود (پنج قطبی) و لامپ هایی با قطب های بیشتر تکامل یافت. یک عیب عمده این لامپ ها، احتیاج به یک عنصر گرم کننده به نام فیلامان بود که باعث می شد، توان مصرفی لامپ و در نتیجه وسیله مزبور زیاد بوده، ایجاد حرارت نماید و شروع کار دستگاه پس از روشن کردن آن ها نباشد. همچنین از معایب دیگر آنها می توان به حجم زیاد، شکننده بودن و گرانی اشاره نمود.

این مشکلات به تدریج باعث شد لامپ های الکترونی به تدریج جای خود را با قطعات نیمه هادی عوض نمایند تا آن جا که امروزه به جز در مصارف خاص در الکترونیک کاربردی ندارند. نوع دیگری از لامپ های الکترونی، لامپ تصویرCRT است که در تلویزیون، اسیلوسکوپ و مانیتورها استفاده می شود.

 

لامپ الکترونی

مفاهیم پایه

گسیل گرما یونی و جریان الکتریکی حاصل از آن در خلا اساس تعداد بسیار زیادی از وسایل الکترونی است که کاربرد گسترده‌ای در مهندسی و زندگی روزمره پیدا کرده‌اند، که لامپ خلا (لامپ رادیو) و لامپ اشعه کاتدی دو نوع از لامپهای الکترونی است. 

تصویر

لامپ خلا

این لامپ شامل رشته تنگستن التهابی که چشمه الکترونها است (کاتد) ، یک استوانه فلزی که در نقش آند است و کاتد را در بر می‌گیرد. دو الکترود در لامپ شیشه‌ای یا فلزی که به عنوان حباب لامپ است قرار می‌گیرند که هوای آن کاملا تخلیه شده است. این لامپ دو الکترودی به دیود خلا معروف است. 

طرز کار لامپ الکترونی

اگر این لامپ را در مدار یک باتری یا چشمه جریان دیگری قرار دهیم بطوری که آند آن به قطب مثبت چشمه و کاتد به قطب منفی وصل باشد و کاتد را بوسیله چشمه کمکی گرم کنیم. الکترونهایی که از رشته (کاتد) تبخیر می‌شوند به طرف آند حرکت می‌کنند، و در مدار جریانی ظاهر می‌شود. ولی اگر مدار را چنان ببندیم که منفی چشمه الکترونی به آند و مثبت به کاتد وصل باشد، الکترونهایی که از کاتد تبخیر می‌شوند توسط میدان الکتریکی به کاتد برگردانده می‌شوند و در مدار جریانی وجود نخواهد داشت. پس ، دیود دارای این خاصیت است که جریان را در یک جهت عبور می‌دهد و مانع عبور آن در جهت مخالف می‌شود. وسایلی که جریان را فقط در یک جهت عبور می‌دهند به لامپهای یکسو کننده معروف هستند. 

موارد کاربرد لامپ های دیودی

از لامپ های یک سو کننده بطور گسترده برای یک سو کردن جریان متناوب، یعنی برای تبدیل آن به جریان مستقیم، استفاده می‌شود. دیودهای خلا که بخصوص برای این منظور در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند،کنوترن نامیده می‌شوند. لامپهای الکترونی پیچیده‌تر ، که بطور گسترده در مهندسی رادیو ، کنترل خودکار و سایر شاخه‌های انقلاب تکنولوژیک بکار می‌روند، علاوه بر کاتد التهابی (چشمه الکترونی) و آندی که این الکترونها را جمع می‌کند، الکترود اضافی سومی به شکل شبکه دارند که بین کاتد و آند قرار گرفته‌اند. شبکه معمولا خانه‌های بزرگی دارد که می‌تواند به شکل مارپیچ نیز ساخته شود. 

نحوه استفاده لامپ های الکترونی پیشرفته

لامپ را به یک مولد جریان (باتری) وصل می‌کنیم و بوسیله یک باتری کمکی (باتری رشته) کاتد آنرا گرم می‌کنیم، آمپر سنجی نیز در مدار قرار می‌دهیم که جریان آند را در مدار نشان دهد. حال باتری دیگری را ، که دارای ولتاژ متغیری باشد، بین کاتد و شبکه لامپ وصل می‌کنیم. این ولتاژ را برای تغییر اختلاف پتانسیل بین کاتد و شبکه بکار می‌بریم. می‌بینیم که در این حالت جریان آند تغییر می‌کند. به این صورت این فرصت بدست می‌آید که با تغییر دادن اختلاف پتانسیل بین کاتد و شبکه آن جریان آند را کنترل کنیم.

این فرآیند ، خاصیت عمده لامپ های الکترونی پیشرفته می‌باشد. وقتی که شبکه نسبت به کاتد در پتانسیل مثبت است، یعنی به قطب مثبت باتری وصل است، افزایش ولتاژ شبکه ، به افزایش جریان در آند منجر می‌شود تا اینکه به اشباع برسد. از طرف دیگر ، اگر پتانسیل شبکه نسبت به کاتد منفی باشد، هر افزایش در مقدار ولتاژ شبکه باعث کاهش جریان آند می‌شود. این پدیده به آسانی توجیه می‌شود. 

تصویر

توضیح پدیده کنترل جریان در لامپ های الکترونی

وقتی که بار شبکه کاتدی نسبت به کاتد مثبت باشد، الکترون ها را از ابر الکترونی اطراف کاتد جذب می‌کند. در این فرآیند ، بخش بزرگی از الکترون ها بین دورهای شبکه حرکت می‌کند و به آند می‌رسد، یعنی در جریان آند شرکت می‌کنند. در نتیجه با کمک به از بین رفتن بار حجمی ، شبکه بطور مثبت باردار می‌شود و جریان آند را افزایش می‌دهد. اما شبکه‌ای که بطور منفی باردار شده باشد جریان آند را کاهش می‌دهند. زیرا الکترون ها را دفع می‌کند، یعنی بار حجمی نزدیک کاتد را زیاد می‌کند، چون شبکه به کاتد خیلی نزدیکتر از آند است، تغییر کوچکی در اختلاف پتانسیل بین شبکه و کاتد بار حجمی را به شدت تغییر می‌دهد و بر جریان آند تأثیر می‌گذارد.

در لامپهای الکترونی معمولی تغییر ولتاژ شبکه به اندازه یک ولت جریان آند را به اندازه چند میلی آمپر تغییر می‌دهد. برای اینکه همین تغییر بر اثر تغییر دادن ولتاژ آند بدست آید، باید این ولتاژ را چندین ده ولت تغییر داد. 

کاربردهای لامپ های الکترونی

یکی از مهمترین کاربردهای لامپهای الکترونی استفاده از آنها در تقویت جریانها و تضعیف ولتاژ است. لامپهایی با سه الکترود (کاتد ، آند و شبکه) به تریود (سه قطبی الکتریکی) معروف هستند. در مهندسی رادیو امروزی ، لامپهای پیچیده‌تری با دو ، سه یا تعداد بیشتری شبکه بکار می‌روند.

امروزه لامپهایی با ابعاد گوناگون برای مقاصد مختلف ، از لامپهای شیشه‌ای معروف به دگمه کوچک که دارای ضخامت یک مداد و طول چند سانتیمتر گرفته تا آنهایی که از اندازه آزمایش تجاوز می‌کنند، ساخته می‌شود. در لامپهای کوچکی که در گیرنده‌های رادیو بکار می‌روند، جریان آند بالغ بر چندین میلی آمپر است. در حالی که در لامپهای پر قدرت به چندین ده آمپر می‌رسد. نکته قابل توجه آن است که در صورتی که تخلیه لامپ ناکافی باشد و مقدار کمی از گاز در آن بماند، کاتد لامپ الکترونی به سرعت از بین می‌رود.


 

 


[ یکشنبه 28 خرداد 1391 ] [ 01:30 ق.ظ ] [ فرزاد آریا منش ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
بازدید ماه قبل : نفر
تعداد نویسندگان : عدد
كل مطالب : عدد
آخرین بروز رسانی :