6) Источники электронов. Электронно-лучевые трубки
Электрон — стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества
Источниками электронов с более высокой энергией служат ускорители.
Источники электронов или инжекторы электронов называют также электронными пушками, в основе их действия лежит эмиссия электронов с поверхности вещества в результате различных процессов. В твердом теле энергетические уровни отдельных электронов размываются в зоны разрешенных состояний, отделенных друг от друга запрещенной зоной. В диэлектриках ширина запрещенной зоны такова, что электроны не могут переходить из заполненной зоны в зону проводимости. В полупроводниках ширина запрещенной зоны сравнительно мала и электроны, получая энергию извне, могут переходить из заполненной зоны в зону проводимости. В металлах (проводниках) заполненная зона и зона проводимости перекрываются и электроны могут рассматриваться как свободные. Энергетическое распределение электронов в металлах и полупроводниках описывается статистикой Ферми-Дирака
Электронно-лучевая трубка представляет собой электронно-лучевой прибор для осциллографии, приёма телевизионных изображений, электронно-лучевых коммуникаторов и ряда других областей техники. Во всех этих приборах создается тонкий пучок электронов (электронный луч), управляемый с помощью электрических или магнитных полей. Существует большое разнообразие электронно-лучевых трубок. Они могут быть с фокусировкой электронного луча электрическим или магнитным полем и с электрическим или магнитным отклонением луча; электронно-лучевые трубки бывают с различными цветами изображения на люминесцирующем экране; с различной длительностью свечения экрана (так называемое послесвечение). Они различаются также по размерам экрана, материалом баллона и другим признакам.
На рис. 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 металлической 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. Путь электронного луча проходит между двумя парами металлических пластин. Если пластины заряжены, то на пути луча возникает электрическое поле, и значит, луч должен
Рис. 21. Электронно-лучевая трубка.
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. Точно так же, быстро меняя знаки зарядов вертикальной пары пластин, можно получить горизонтальную светлую черту
7) Однофазные выпрямители. Схемы и принцип действия. Коэффициент пульсаций. Эффективность выпрямления.
Однофазные выпрямители. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики
Для выпрямления однофазного переменного напряжения применяют три схемы:
1) однополупериодная;
2) двухполупериодная мостовая;
3) двухполупериодная трансформаторная (с выводом средней точки).
Однополупериодная схема - в которой ток проходит через вентиль только в течение одного полупериода переменного напряжения источника.
Двухполупериодные схемы - в которых ток проходит через вентильную группу в течение двух полупериодов переменного напряжения источника.
Рассмотрим соотношения параметров в выпрямителях при следующих допущениях:
1) Индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора и активное сопротивление его обмоток равны нулю;
2) Сопротивление вентиля в прямом направлении равно нулю, а в обратном равно бесконечности.
Однополупериодный однофазный выпрямитель
Временные диаграммы напряжений и токов:
Определим постоянную составляющую выпрямленного тока:
.
Так
как 
,
то
.
Но
так как 
,
т.е. 
,
то
или
.
Постоянная составляющая напряжения, выраженная через максимальное значение:
.
Постоянная составляющая напряжения, выраженная через действующее значение:
Таким образом, в данной схеме максимальное напряжение на диоде
,
т.е. напряжение на диоде в три раза больше, чем на нагрузке.
Среднее
значение тока диода в этой схеме 
.
Величину пульсаций выпрямленного напряжения характеризуют коэффициентом пульсаций
,
где U1m – амплитуда переменной составляющей напряжения, изменяющегося с частотой повторения импульсов, т.е. амплитуда первой гармоники.
Для однополупериодной схемы
,
а 
.
Недостатки схемы:
1)
большое значение коэффициента пульсаций 
;
2) напряжение на нагрузке почти в 3 раза меньше, чем на диоде;
3)
постоянная составляющая выпрямленного
тока 
значительно
меньше тока 
во
вторичной обмотке трансформатора, что
приводит к его недостаточному использованию
по току.
В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.
В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.
Рис.1. Однофазная мостовая схема выпрямления
Временные диаграммы для мостовой схемы, изображённы на рисунке 2.
У мостовой схемы в каждом полупериоде ток проходит одновременно через два диода (например, VD1, VD2), потому временные зависимости токов и напряжений будут принадлежать парам вентилей. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя
где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.
Рис. 2. Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы выпрямления: u2 – кривая входного переменного напряжения; iV1, iV2 – кривая тока диодов VD1 и VD2; uV1, uV2 – напряжение на диодах VD1 и VD2; iV3, iV4 – кривая тока диодов VD3 и VD4; uV3, uV4 – напряжение на диодах VD3 и VD4; iн – кривая тока нагрузки; uн – кривая напряжения на нагрузке
Действующее значение напряжения на входе выпрямителя
Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:
Максимальное значение тока, протекающего через диод
Действующее значение тока диода
Действующее значение переменного тока на входе выпрямителя
Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода
Напряжение на нагрузке состоит из полусинусоид вторичного напряжения трансформатора, следующих одна за другой. После разложения в ряд Фурье напряжение такой формы можно представить в виде
Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω
следовательно, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения
Коэффициент трансформации трансформатора
Мощность первичной и вторичной обмоток вентильного трансформатора
Расчетная мощность трансформатора
В качестве недостатков однофазной мостовой схемы можно отметить: большее количество диодов и протекание тока в каждом полупериоде по двум диодам одновременно. Последнее свойство однофазных мостовых выпрямителей снижает их КПД из-за повышенного падения напряжения на полупроводниковых структурах вентилей. Это особенно заметно у низковольтных выпрямителей, работающих с большими токами.
Несмотря на отмеченные недостатки, мостовая схема выпрямления широко применяется на практике в однофазных выпрямителях различной мощности.
Двухполупериодный выпрямитель со средней точкой .В нем вторичная обмотка состоит из двух половин и имеет отвод от середины. Эту схему можно рассматривать как сочетание двух однополупериодных выпрямителей, включенных на одну нагрузку. Коэффициент пульсаций р=0,67.
Достоинства двухполупериодного выпрямителя:
отсутствие подмагничивания трансформатора;
более высокий КПД;
меньший коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямителем;
вдвое большая частота пульсаций выпрямленного напряжения, чем в однополупериодной схеме, что облегчает их сглаживание.
Основной недостаток — необходимость второй обмотки, причем обе обмотки работают поочередно и используются примерно на 50%.
Средние значения выпрямленного напряжения и коэффициента пульсаций те же, что и в предыдущей схеме, т.е.
; 
Недостатком данной схемы является необходимость наличия трансформатора с выводом средней точки.