برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

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.

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 لامپهای یکسو کننده بطور گسترده برای یکسو 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 لامپهای 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 لامپهای 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.

توضیح پدیده کنترل جریان در لامپهای الکترونی
وقتی که بار شبکه کاتدی نسبت به کاتد مثبت باشد، الکترونها را از ابر الکترونی اطراف کاتد جذب می‌کند. در این فرآیند ، بخش بزرگی از الکترونها 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 الکترونها 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.

لامپ ها ی روشنایی :

• - لامپ ها را به طور کلی میتوان به سه گروه لامپهای ملتهب ، لامپهای تخلیه در گاز ، لامپهای فلورسنت تقسیم بندی نمود .
• - لامپهای رشته ای و هالوژن جزء لامپهای ملتهب - لامپ های بخار سدیم ، بخار جیوه ، نئون ، متال هالید جزء لامپهای تخلیه در گاز و لامپهای کم مصرف امروزی و لامپ مهتابی جزء لامپهای فلورسنت می باشند .
• - گاز داخل لامپ های رشته ای آرگون و ازت ( نیتروژن ) می باشد و آرگون گازی بی اثر برای جلوگیری از تبخیر سطحی و نیتروژن برای جلوگیری از ایجاد جرقه بین سیم های ورودی
• - رشته فیلامان لامپ رشته ای از جنس تنگستن می باشد . تنگستن دارای درجه ذوب بالا ، قدرت کششی خوب (قابلیت نازک نمودن مفتول) میباشد
• - بهره نوری لامپهای رشته ای بسیار کم بوده و امروزه استفاده از آنان منع می شود . عمر لامپهای رشته ای 1000 ( هزار ) ساعت میباشد .
• - لامپ های حرارتی لامپ هایی هستند که نور مادون قرمز تولید نموده و جهت گرم نمودن محیط از آنها استفاده میشود .
• - لامپ های هالوژن که به صورت میله ای ساخته میشوند مانند لامپ رشته ای است با این تفاوت که داخل آنها برم و ید اضافه میشود که باعث افزایش عمر و بهره لامپ میگردد .
• - عمر لامپ هالوژن 2000 ساعت و بهره آن تا 35 لومن بر وات می باشد . ضریب بهره در طول مدت عمر ثابت می باشد .
• - لامپ بخار سدیم به دو گروه فشار کم و فشار زیاد تقسیم می شوند .
• - لامپ بخار سدیم فشار کم از یک لوله داخل حباب لامپ تشکیل شده که دارای دو الکترود میباشد گاز داخل لوله از نئون جهت شروع یونیزاسیون و ذرات جامد سدیم میباشند که با روشن شدن لامپ سدیم تبخیر میشود . همچنین جهت پایین آوردن فشار استارت مقداری گاز آرگون اضافه میشود .
• - رنگ نور لامپ سدیم فشار پایین زرد و بهره نوری آن تا 180 لومن بر وات و عمر آن 3000 ساعت می باشد . مورد استفاده آن در جاده ها و میدانهای خارج شهر می باشد .
• - گاز داخل لامپ سدیم فشار بالا سدیم ، جیوه ، گزنون میباشد . بهره نوری این لامپ تا 100 لومن بر وات و عمر لامپ 10000 ساعت میگردد .
• - رنگ نور لامپ سدیم فشار زیاد سفید طلایی میباشد . و مورد استفاده آن در میادین ورزشی و بند گاه ها میباشد .
• - گاز داخل لامپ بخار جیوه آرگون و جیوه می باشد . این لامپ دارای الکترود کمکی بوده که سر راه الکترود کمکی یک مقاومت قرار میدهند . نور این لامپ سفید مایل به آبی میباشد. ( شکل سمت چپ بخار جیوه سمت راست بخار سدیم )
• - بهره لامپ بخار جیوه تا 65 لومن بر وات و عمر آن 7500 ساعت می باشد . مورد استفاده آن در خیابانها و زمان روشن شدن مجدد پس از خاموش شدن تا 6 دقیقه می رسد .
• - در مدار لامپ های بخار سدیم و جیوه چک به کار رفته است وظیفه چک در لامپ بخار سدیم بالا بردن ولتاژ در لحظه استارت و کاهش جریان پس از روشن شدن است .
• - وظیفه چک در لامپ بخار سدیم کاهش جریان پس از روشن شدن است .
• - از لامپ نئون برای تزئینات و تبلیغات استفاده میشودو در رنگهای سبز و زرد و قرمز وجود دارد و دارای طول تا 16 متر و قطر 18 میلیمتر می باشد . این لامپ برای روشن شدن به ولتاژ حدود 600 ولت برای هر متر نیاز دارد . نقش ترانس در این لامپ افزایش ولتاژ می باشد . به علت بالا بودن ولتاژ در مدار این لامپ عایقبندی و نصب مقره در ثانویه ترانس اهمیت دارد . نور زرد بیشترین حساسیت را برای چشم داشته و حشرات به طرف آن کشیده نمی شوند .
• - لامپ فلورسنت در توانهای 20 تا 125 وات ساخته میشود . عمر این لامپ ها 7500 ساعت وبهره نوری آن تا 65 لومن بر وات میرسد .
• - در مدار لامپهای دارای چک ، بصورت موازی با مدار یک خازن برای اصلاح ضریب قدرت استفاده میشود . ( کاهش توان راکتیو )