ЭЛЕКТРОНЫ

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Ы уже познакомились со свойствами электронов и знаем, как можно управлять этими «атомами элек­тричества». Теперь расскажем об электронных приборах.

Рентгеновская трубка

Что стекло, на которое падает электронный пучок, излу­чает не только видимый свет, но и очень короткие элек­тромагнитные волны — рентгеновские лучи. Длина волн этих лучей в сотни раз меньше, чем у самых коротких ви­димых лучей. Источником их также являются колебания электронов в атомах, но колебания уже не внешних электронов, как в видимом свете, а электронов, лежащих близко к ядрам атомов.

Особенно сильное рентгеновское излучение полу­чается в том случае, когда электронные лучи падают не на стекло, а на пластинку из вольфрама, платины или из какого-нибудь другого тяжёлого металла. Заряды ядер этих металлов очень велики, и электроны, лежащие во внутренних слоях атомов, притягиваются к ядрам с громадной силой. Для того чтобы катодные лучи могли проникнуть в глубокие слои электронной оболочки, бом­бардирующие электроны должны разогнаться в очень сильном электрическом поле. Это и достигается в рентге­новских трубках (рис. 19). Катод и металлическая пла­стинка— антикатод (что значит — лежащий против катода) рентгеновской трубки соединены с источником тока высокого напряжения. Выйдя из катода, электроны приобретают в сильном электрическом поле огромные скорости, мчатся к пластинке и проникают глубоко в атомы металла. Внутренние электроны атомов начинают колебаться от этих электронных ударов. Колеблются они гораздо быстрее, чем внешние электроны, подобно тому как сильно натянутая струна колеблется быстрее, чем ослабленная. Значит, и электромагнитные волны, излу­чаемые этими электронами, будут короче световых.

Электроны, ударяющие в антикатод, тоже испускают рентгеновские лучи. Эти «первичные» электроны при ударе резко тормозятся и излучают при этом электро­магнитные волны, составляющие вместе с волнами от внутренних электронов рентгеновское излучение.

Рентгеновские лучи очень легко проходят через мно­гие вещества, совершенно не прозрачные для видимого света: через картон, дерево, кожу, через ткани животных. На этом основано их широкое применение в технике и медицине. Просвечивая тело рентгеновскими лучами, врачи легко находят переломы костей, язвы, опухоли, туберкулёзные изменения в лёгких. Инженеры с по­мощью рентгеновских лучей обнаруживают трещины и раковины в металлических изделиях.

Радиолампы

Радиолампа, или электронная лампа, является самым известным из электронных приборов. В настоящее время «на действительной службе» в радиоприёмниках нахо­дятся миллионы радиоламп.

Одна из самых простых ламп имеет три электрода: накалённый катод, испускающий электроны, анод, который их улавливает, и сетку, которая находится между катодом и анодом и управляет электронами (рис. 20).

Если сетка заряжена отрицательно, то она отталки­вает электроны и не пропускает их к. аноду даже в том случае, если анод заряжен положительно. Тогда лампа, как говорят, «заперта» и вокруг катода образуется облако электронов (рис. 20 слева).

Начнём постепенно уменьшать отрицательный заряд сетки. Через некоторое время наступит момент, когда противодействие сетки уменьшится настолько, что поло­жительно заряженный анод сможет извлечь некоторые электроны из облака. Эти электроны пролетают через отверстия в сетке и достигают анода. В результате по­является анодный ток. На сетку электроны попадать не будут потому, что она заряжена отрицательно.

Если, наконец, зарядить сетку положительно, то путь к аноду для электронов станет совершенно свободным и сетка будет теперь даже помогать аноду извлекать электроны из облака и тем самым увеличивать анодный ток (рис. 20 справа). Таким образом, с помощью заряда на сетке можно управлять анодным током. Правда, не­которые электроны будут оседать на сетке и уменьшать её заряд. Но таких электронов будет немного, так как сетку делают не густую и большая часть электронов про­скакивает к аноду через отверстия в сетке. А раз на сетку попадает мало электронов, то в цепи сетки течёт ничтожный ток, и значит, энергия, которая затрачивается на создание заряда на сетке и управление электронным потоком в лампе, также очень мала.

Мы не будем здесь останавливаться на том, как осу­ществляется радиопередача. Постараемся только вы­яснить, какую роль в радиотехнике играют электронные лампы.

Радиоволны, излучаемые антенной радиостанции, быстро ослабевают по мере удаления от неё. До приём­ника, находящегося часто за тысячи километров от станции, доходит такая незначительная часть энергии, что за счёт её нельзя было бы заставить звучать не только громкоговоритель, но и простой телефон (науш­ники). И вот здесь-то на помощь приходят радиолампы. Энергия радиоволн, уловленных приёмником, расходует­ся только на сетке лампы на управление электронами. На это, как мы знаем, требуется очень мало энергии. А на работу громкоговорителя расходуется энергия тех электронов, которые идут к аноду. Эта энергия во много раз больше. В итоге энергия, принесённая приёмнику радиоволнами, оказывается усиленной во много раз (с помощью нескольких ламп — в сотни тысяч раз!).

Только применение радиолампы — усилителя радио­волн сделало возможным приём отдалённых радио­станций. Без радиолампы-усилителя можно принимать только близкие и притом мопгные станции.

В современных радиоприёмниках лампы применяются не только для усиления: например, с помощью двух­электродных радиоламп, так называемых кенотро­нов, в радиоприёмниках с питанием от сети «выпрям­ляют» ток, то-есть превращают его из переменного в по­стоянный.

Главная часть радиопередатчика — это также мощ­ная электронная лампа, с помощью которой возбужда­ются электромагнитные колебания в антенне. Сильно упрощая, можно сказать, что электронная лампа воз­буждает антенну передатчика и антенна излучает радио­волны. Значит, и радиоволнами, идущими от передатчика, тоже можно управлять, действуя на электроны в лампе передатчика. Мы уже знаем, что это делается с помощью сетки и для этого нужна небольшая затрата энергии. По­этому для управления радиоволнами, бегущими от пере­датчика, достаточно даже той относительно ничтожной энергии, которую имеет передаваемый звук (голос дикто­ра, музыка и т. п.). Разумеется, для того чтобы звук мог управлять электрическими зарядами на сетке лампы, нужно предварительно преобразовать звуковую энергию в энергию электрического тока [4]).

Итак, радиолампы и усиливают пришедшие к приём­нику радиоволны, и выпрямляют ток, и управляют из­лучением радиоволн.

Электронная лампа была изобретена для службы в ра­диосвязи и осталась в радиотехнике незаменимой. Но в наши дни электронные лампы применяются не только в радиотехнике.

Мопгные источники электромагнитных волн — лампо­вые генераторы — применяются на заводах для поверх­ностной закалки деталей, для плавки металлов и для сушки дерева, керамических изделий и т. п. В медицине они служат для прогревания тела больного (диатермия). Электронные лампы применяются в разнообразных при­борах для научных исследований, в устройствах автома­тического регулирования и контроля. Советский учёный профессор Г. И. Бабат успешно работает над проблемой передачи электроэнергии без проводов с помощью ра­диоволн, получаемых от лампового генератора.

Электронно-лучевые трубки

В заключение остановимся на электронных приборах, где искусство управления электронами достигло своего высшего уровня—на электронно-лучевых трубках.

На рисунке 21 изображена в несколько упрощённом виде электронно-лучевая трубка. Слева расположен источник электронов — «электронная пушка». Она со­стоит из небольшого катода, скрытого внутри металли­ческого цилиндра с отверстием, и короткой металличе - ской трубки — анода. Анод, как всегда, заряжен поло­жительно. В отличие от анода радиолампы этот анод не улавливает электронов, а только ускоряет их. Через отверстие анода электроны выходят очень тонким пуч­ком в виде электронного луча.

Электронный луч падает на дно трубки — экран, по­крытый светящимся составом. На экране, в том месте, куда попадает электронный луч, получается светлое пят­нышко. Посмотрите ещё раз на рисунок 21. Путь элек­тронного луча проходит между двумя парами металли­ческих пластин. Если пластины заряжены, то на пути луча возникает электрическое поле, и значит, луч должен

Изменить своё направление — он отклонится в сторону положительно заряженной пластинки. Представим себе, что в горизонтальной паре пластин верхняя пластина заряжена положительно, а нижняя — отрицательно. Тогда луч искривится и пятно окажется в верхней части экрана. Будем быстро менять знак зарядов этой пары пластин. Тогда пятно будет быстро бегать вверх и вниз по экрану, и мы увидим вертикальную светлую черту (рис. 22, а). Точно так же, быстро меняя знаки зарядов вертикальной пары пластин, можно получить горизон­тальную светлую черту (рис. 22, б).

Если заряды одной пары пластин всё время быстро меняются, а на второй паре пластин заряд появляется только на один момент и быстро исчезает, то на экране получится светлая полоса с зубцом (рис. 22, в). Если на второй паре пластин мгновенный заряд появляется дважды, на экране будет видна полоса с двумя зубцами (рис. 22, г). Такая электронно-лучевая трубка — основ­ная часть радиолокатора. Радиолокатор — это прибор для определения с помощью радио места, где находится ка­кая-нибудь (обычно невидимая) цель. Если на экране радиолокатора появляются зубцы, то это значит, что в

Лоле действия локатора находится один или два пред­мета, например, самолёта.

По отклонению пятнышка на экране можно судить о том, появляются ли на отклоняющих пластинах заряды. Пусть эти заряды появились всего на одну миллионную долю секунды, — электронный луч всегда успеет отме­тить их появление, так как электроны, благодаря своей исключительной лёгкости, послушнее всех других тел от­вечают на всякое внешнее воздействие. Поэтому элек­тронно-лучевые трубки как нельзя лучше пригодны для изучения быстро протекающих электрических процессов, с которыми приходится иметь дело и в радиотехнике и в различных научных исследованиях, например, при изу­чении молнии.

С помощью электронно-лучевых трубок стало ВОЗМОЖ“1 ным телевидение — передача изображений по радио. Над этим вопросом учёные и инженеры работали несколько десятков лет. Ещё в 1907 году, всего через десять лет после открытия радио А. С. Поповым, петербургский учёный профессор Г. А. Розинг предложил применить в телевидении электронно-лучевые трубки. Но в то вре­мя радиотехника находилась на очень низком уровне развития; достаточно сказать, что радиоламп ещё не было. Только в 1930 году идея Розинга была осуще­ствлена и появились первые удачные телевизионные аппараты.