Pytanie, które chciałbym zadać jest natury prawie wstydliwej . Wynika jednak z braku dostępnej literatury o podstawach lamp elektronowych. Ja niestety tych tematów już nie miałem w szkolnych podręcznikach. Moje pytanie jest następujące:
Skąd się bierze opór wewnętrzny lampy?
W próżni elektrony lecą sobie praktycznie swobodnie, zaś opór materiałow na elektrody jest pomijalnie mały z podawanymi wartościami tego oporu. Mam oczywiście pewne sugestie związane z wiedzą z fizyki o elektronach, ale w końcu nie jestem w stanie w warunkach domowych wykonywać badań doświadczalnych.
Proszę nie odsyłać mnie do literatury. Nie jestem leniwy a w paru książkach, które posiadam o takich podstawach nic nie napisano. Tam wiedza o lampach zaczyna się na ich budowie a potem od razu o układach.
Weź pod uwagę, że katoda ma określoną zdolność emisyjną, to znaczy w jednostce czasu emituje z jednostki powierzchni określoną liczbę elektronów. Przez podwyższenie temperatury katody nastepuje zwiększenie emisji, przez co opór wewnętrzny lampy maleje. Po drugie-sam materiał katody przedstawia sobą pewną oporność. Po trzecie-w lampie nie ma idealnej próżni- ciśnienie gazów resztkowych jest rzędu 10^-7-10^-8 mmHg. To niby mało, ale policz sobie ile jest cząsteczek gazu w 1 cm^3 "próżni". No dobra-policzę za ciebie.
Z równania Clapeyrona mamy pv=nRT. Obliczmy najpierw liczbę moli gazu:
n=pV/RT
Przyjmę,że T=293 K. P=10^-8 mmHg czyli ca.13,3x10^-7pa ,v=10^-6 m^3. Stąd n=5x10^-17 mola. 1 mol to 6,024x10^23 cząsteczek, więc w naszym 1 cm^3 próżni jest ich około 30x10^6 cząsteczek, czyli 30 milionów. Mam nadzieję ,że nie pomyliłem nigdzie jednostek.
Tak czy inaczej rozpędzone polem elektrycznym elektrony zderzają się z tymi molekułami gazu, co często widać jako niebieską poświatę. To wpływa hamująco na strumień elektronów.
Po czwarte-wyłapywanie elektronów przez anodę następuje z wydzieleniem energii (nagrzewanie anody). Wszak następuje zderzenie elektronów z materiałem anody, który się silnie nagrzewa. Szczególnie silnie następuje to w lampach rentgenowskich, gdzie anody są często chłodzone wodą lub olejem. Jak wiadomo, im bardziej jest rozgrzany metal, tym większy opór sobą przedstawia.
Opór wewnętrzny definiowany jest Rw= delta Ia/delta Ua przy stałych napięciach na innych elektrodach lampy. W przypadku diody sprawa jest prosta-wszystkie elektrony z katody wędrują do anody. Ale w lampach wieloelektrodowych już tak nie ma. W pentodzie masz jeszcze rozpływ prądu do siatki osłonnej (z reguły można pominąć rozpływ do siatki sterującej czy zerowej). Dlatego takie lampy mają opór wewnętrzny rzędu kilkudziesięciu kohm.
Dzięki. Pomału zaczyna mi się przejaśniać, choć jeszcze nie do końca. Mam nadal wątpliwości (zaznaczam chodzi o wątpliwości a nie inny pogląd) odnośnie istotnego wpływu oporności materiałów z których są zbudowane elektrody na oporność wewnętrzną. W ramach swojego postu poruszyłeś przy okazji jeszcze jeden temat, który mnie nurtuje. Skoro już się odważyłem na pierwsze pytanie to przedstawę przy okazji drugie: W zasadzie dlaczego podczas pracy lampy anoda się grzeje tak mocno? To przecież nie może wynikać raczej z przepływu prądu przez elektrodę tworzącą anodę
Oporność wewnętrzna lampy nie wynika jednak ze słabej próżni jak to sugerował jeden z kolegów . Współcześnie produkowane lampy mogą mieć o wiele większą próżnię a mimo to oporności tych lamp są podobne jak tych produkowanych wiele lat temu. Oporność lamp wynika z tego że katoda lampy ma ograniczoną zdolność emisji elektronów zależną od tzw. współczynnika wydajnośći katody który wyraża stosunek prądu emisji (maksymalnego prądu katody gdy wszystkie elektrony docierają do anody) do mocy zużywanej na nagrzewanie katody i dla tlenkowych katod nie przekracza 100mA na 1W. Ponadto aby anoda przycignęła większość elektronów z katody musi posiadać dostatecznie duży potencjał elektryczny który rozpędzając elektrony w prózni nadaje im sporą energię kinetyczną którą elektrony tracą dopiero na powierzchni anody powodując jej silne nagrzewanie. Oporność wewnętrzna lampy nie jest więc wielkością stałą lecz zależy od przyłożonych napięć do jej elektrod oraz poziomu emisji katody a wkonkretnym przypadku wzmacniacza zależy od zastosowanych napięć i prądów anodowych oraz od klasy pracy (klasa A ,AB1 itd.)
Pozdrawiam.
az1 pisze: W zasadzie dlaczego podczas pracy lampy anoda się grzeje tak mocno? To przecież nie może wynikać raczej z przepływu prądu przez elektrodę tworzącą anodę
No bo energia pędzących elektronów uderzajacych w anodę musi się w jakiejś postaci wydzielić...
========== Mente et malleo ==============
Jaroslaw Dubowski, Bytom jdubowski@interia.pl
========== Mente et malleo ==============
Dziękuję wszystkim za przekazane informacje. Z ostatniego postu wynika oczywiście iż istnieje duża różnica prędkości elektronów poruszających się w przestrzeni poiędzy katodą a anodą, a elektronami, które płyną już w anodzie (stąd jak się domyślam zamiana energii kinetycznej na ciepło ). Jak widzę traktowanie oporności wewnętrznej na prostej analogii do prawa Ohma nie jest możliwe (tak próbowałem zrobić ) i trzeba tu uwzględnić zjawiska związane z emisją elektronów itd, zaś oporność wewnętrzna lampy (tutaj mamy dopiero analogię do prawa Ohma) wynika tak jak to już znalazłem w posiadanych książkach z charakterystyk lamp.
Nie byłbym sobą gdybym jednak nie zakończył pewnym pytaniem. Dlaczego w ksiażkach, które posiadam nie ma tego co się tutaj dowiedziałem?
Jeszcze raz dziękuję i mam nadzieję, że jeśli ktoś ma jakieś infornacje dotyczące tych najbardziej podstawowych faktów to sie z nimi podzieli w tym wątku.
Nie jest aż tak żle z tą literaturą . Tu i uwdzie można spotkać odpowiedzi na pytania, które Pana nurtują. Choć rzeczywiscie książek, w których wyłożone są one "kawa na ławę" jest niewiele i szczególnie obecnie trudno je zdobyć. Polecilabym Panu książkę (przepraszam, jeśli uzna ją Pan za zbyt elementarną , ale warto ją przeczytać choćby z uwagi na niekonwencjonalne podejście do tematu) autorstwa Kubarkina i Lewitina pt "Zajmująca radiotechnika" wydaną w 1965 roku. Jest tam m.in. rodział "Gdzie jest ukryty opór lampy radiowej". Zależy on od (jak już wspomniano w postach) możliwości emisyjnych katody, wzajemnego oddzialywania na elektrony sił od poszczególnych elektrod oraz wzajemnego oddziaływania elektronów pomiędzy sobą. Na Pana miejscu próbowałabym zdobyć tą książkę np. na Allegro (parę razy ją tam widziałam).
Przy okazji prędkości elektronów w przestrzeni (próżni) między katodą i anodą mogą sięgać kilku tysięcy kilometrów/sek, podczas gdy prędkości średnie elektronów w przewodniku to milimetry lub centymetry/sek. Stąd widać jak dużą energię kinetyczną musi wytracić elektron uderzając w anodę.
Wątek jest trochę zastarzały, ale ponieważ sprawa oporu wewnętrznego nie została w nim wyjaśniona, myślę, że warto do niego powrócić.
1) Definicja oporu.
W szkołach podaje się definicję oporu R=U/I, czyli opór jest to stosunek napięcia przyłożonego do obwody do prądu płynącego w tym obwodzie (wbrew dosyć powszechnemu mniemaniu NIE jest to prawo Ohma, ale właśnie definicja oporu).
Inżynierowie wykorzystują dokładniejszą definicję oporu: R=dU/dI, czyli opór jest to pochodna z napięcia po prądzie. Inaczej można powiedzieć, że jest to stosunek zmian napięcia do zmian prądu. Przypomina to sytuację z prędkością: dla zwykłego zjadacza chleba jest to droga przez czas, dla inżyniera pochodna z prędkości po czasie. Do zdefiniowania oporu wewnętrznego lampy będzie nam potrzebna ta właśnie precyzyjniejsza definicja oporu (czasami bywa on nazywany oporem różniczkowym).
Obie definicje oporu są równoważne tylko wtedy, gdy opór nie zależy od przyłożonego napięcia (lub płynącego prądu, co na jedno wychodzi).
2) Prawo Ohma.
Prawo Ohma głosi, że dla pewnej klasy przewodników opór nie zależy od przyłożonego napięcia. Takie przewodniki nazywa sie omowymi albo liniowymi. Lampy elektronowe nie są przewodnikami omowymi, prawo Ohma dla nich nie obowiązuje (jak zresztą dla większości materiałów). Nie jestem w stanie pojąć dlaczego w niektórych podręcznikach (i przez niektórych nauczycieli) prawo Ohma jest traktowane jak jakieś elementarne prawo przyrody! To są kiepskie podręczniki (i kiepscy nauczyciele)...
3) Opór wewnętrzny lampy
Z definicji opór wewnętrzny lampy to Rw=dUa/dIa, czyli stosunek odpowiadających sobie zmian napięcia na anodzie do zmian prądu anodowego. Zatem odpowiedź na pytanie o opór wewnętrzny brzmi: jest to wyraz faktu, że przy zmianach napięcia na anodzie zmienia się prąd anodowy. Jeżeli dużym zmianom napięcia odpowiadają małe zmiany prądu, to opór wewnętrzny jest duży. Odwrotnie, jeżeli małym zmianom napięcia odpowiadają duże zmainy prądu, to opór wewnętrzny jest mały.
Sama nazwa "opór" kojarzy się z "przeszkodami" stawianymi płynącemu prądowi, ale często jest to skojarzenie mylne i nie należy nim się sugerować.
4) Skąd się bierze opór wewnętrzny lampy?
W świetle powyższego można to pytanie sformułować tak: dlaczego napięcie na anodzie wpływa na prąd anodowy? Otóż jest to oddziaływanie czysto elektrostatyczne. Prąd anodowy lampy zależy od tego jaka część elektronów wyemitowanych z katody zostanie zawrócona przez pole elektryczne w jej pobliżu, a jaka się "przedrze" i dotrze do anody. Natężenie tego pola elektrycznego zależy zaś od liczby elektronów znajdujących się w pobliżu katody (a więc od zdolności emisyjnej katody) i od napięcia na poszczególnych elektrodach (w tym anody!). Opór wewnętrzny triody jest stosunkowo nieduży, bo zmiany napięcia na anodzie łatwo oddziaływują na pole elektryczne w pobliżu katody i powodują duże zmiany prądu. Opór wewnętrzny pentody jest duży, bo anoda jest ekranowana przez siatkę drugą (zwaną często ekranującą, bo stosowana jest właśnie w tym celu). Potrzeba więc dużych zmian napięcia na anodzie by jej oddziaływanie dało znać o sobie w pobliżu katody i zmieniło prąd.
Opór wewnętrzny lampy zależy od jej punktu pracy (czyli od napięć na elektrodach i prądów) oraz od zdolności emisyjnej katody (opór wewnętrzny zużytej lampy rośnie).
PS. Przepraszam purystów, że zamiast pojęcia "potencjał" użyłem kilkakrotnie "napięcie", ale mam nadzieję, że w ten sposób stałem się choć trochę bardziej zrozumiały.
Dobre pytanie. Świetne odpowiedzi. Sam myślałem, że ten opór jest spowodowany próżnią i małym "przesyłem" prądu przez elektrony. Więcej takich tematów!
. Wynika jednak z braku dostępnej literatury o podstawach lamp elektronowych. Ja niestety tych tematów już nie miałem w szkolnych podręcznikach. Moje pytanie jest następujące:
. Tu i uwdzie można spotkać odpowiedzi na pytania, które Pana nurtują. Choć rzeczywiscie książek, w których wyłożone są one "kawa na ławę" jest niewiele i szczególnie obecnie trudno je zdobyć. Polecilabym Panu książkę (przepraszam, jeśli uzna ją Pan za zbyt elementarną 
, ale warto ją przeczytać choćby z uwagi na niekonwencjonalne podejście do tematu) autorstwa Kubarkina i Lewitina pt "Zajmująca radiotechnika" wydaną w 1965 roku. Jest tam m.in. rodział "Gdzie jest ukryty opór lampy radiowej". Zależy on od (jak już wspomniano w postach) możliwości emisyjnych katody, wzajemnego oddzialywania na elektrony sił od poszczególnych elektrod oraz wzajemnego oddziaływania elektronów pomiędzy sobą. Na Pana miejscu próbowałabym zdobyć tą książkę np. na Allegro (parę razy ją tam widziałam).