Диод Флеминга
В фарах автомобилей применяются лампочки с двумя нитями накала. У них три вывода - по одному на каждую спираль и один общий. Когда одна из спиралей перегорает, после неё остаются два держателя. Один из них соединён с общим выводом, а второй внутри баллона не присоединён ни к чему и в то же время имеет вывод снаружи. Пример таких лампочек на фото:
У меня возник вопрос, можно ли сделать из такой лампочки вакуумный диод, используя спираль как катод прямого накала и один из держателей в качестве анода. Это мы и попытаемся проверить.
Нашими подопытными будут две показанные на предыдущей фотографии лампочки, а полигоном для наших испытаний будет служить вот такая картонка:
Кроме испытуемых лампочек на ней установлены два патрона для лампочек на 220 вольт и сами лампочки мощностью в 20Вт каждая, соединённые параллельно и включённая триодом выходная строчная лампа 6CD6, которая будет нагрузкой и регулятором тока на некоторых этапах опыта. Слева от неё собран регулируемый источник отрицательного напряжения для регулировки смещения. На нём мы останавливаться подробно не будем, так как это самый обычный однополупериодный выпрямитель. В обеих сетках лампы стоят противозвонные резисторы, в аноде стоит дроссель. Меры возможно излишние, но уже был нехороший опыт с 6П7С, которая в подобной схеме ушла в возбуд так, что на катодном резисторе приборы показывали больше тысячи вольт. Использованные здсь монтажные панели можно найти в отклоняющих системах телевизоров и мониторов. Любителям подобных вещей - повод не проходить мимо выброшенного телевизора или дисплея.
Кроме этого, нам понадобится пара трансформаторов, выпрямитель, состоящий из диодного моста и конденсатора и провода с «крокодилами» для соединений. У маленькой лампочки мы используюем нить накала на 21Вт, у большой - на 30Вт. Далее будем именовать их большим и маленьким диодом. Справидливости ради надо отметить, что я не первый, кому приходит в голову подобная идея. Описания подобных опытов можно увидеть здесь и здесь. Это было краткое вступление, а теперь перейдём к самому опыту.
1. Проверяем возможно ли такое в принципе
Для этого возьмём наш диод, подадим ему напряжение на накал, а в цепь анода включим лампочку на 220 вольт. Для начала подадим постоянное напряжение ок. 270 вольт. Последовательно с цепью включим резистор на 10ом. По падению напряжения на нём будем вычислять анодный ток. Анодное напряжение было определено имеющимся в наличии трансформатором. Маленький диод будем испытывать с одной лампочкой в нагрузке, большой - с одной и с двумя.
Схема опыта:
Результаты на фотографиях:
В результате измерений выяснилось, что на маленьком диоде падало 60 вольт при токе в 91.6мА, на большом - 29 вольт при токе 97.8мА (одна лампочка в нагрузке), 23 вольта при токе 183мА (две лампочки в нагрузке.
Тот же опыт был проведён переменным током. Лампочки светились, измерений я не проводил. Маленький диод не испытывался с двумя лампочками в нагрузке, так как в этом случае у него начинал плавиться анод. Кроме того, я попытался выяснить повлияет ли на анодный ток подключение минуса источника анодного питания к разным выводам накала, но разницы не заметил. Напряжение накала было взято номинальное, так как при недокале в несколько вольт получение данного эффекта становилось затруднительным.
2. Диодный эффект
Далее было решено проверить является ли наш диод на самом деле диодом. Сначала он был включён так же, как и в предыдущем опыте, но с изменённой полярностью источника анодного питания. Никаких утечек замечено не было. Для проверки в переменном токе на помощь был призван осциллограф. Он был подключён всё к тому же резистору на 10ом. Формы тока показаны на фотографиях.
Как видим, осциллограф пришёл к выводу, что наши диоды вполне имеют право называться диодами.
3. Зажигаем часть спирали
Ещё один вопрос, который меня интересовал - можно ли засветить спираль анодным током, без напряжения накала. Оказалось, что можно:
Для получения этого эффекта диод сначала включался в обычный режим с полным напряжением накала, а после нескольких секунд прогрева напряжение накала отключалось и только часть спирали продолжала светиться. Светилась всегда одна и та же часть спирали вне зависимости от того, к какому концу нити накала был подключён минус источника питания.
Измерения показали, что в таком режиме на маленьком диоде падало 120 вольт при токе 63.1мА, на большом - 45 вольт при токе 81.2мА (одна лампочка в нагрузке) и 30 вольт при токе 180мА (две лампочки). Повторить то же самое с переменным током не удалось.
На некоторых фотографиях хорошо видно свечение газа. Оказалось, что у моего фотоаппарата зрение лучше, чем у меня. В отличие от фотоаппарата, мне было довольно сложно его увидеть. На фотографиях так же хорошо виден раскалённый анод маленького диода. Форму шарика он приобрёл в результате одного из предыдущих опытов - не выдержал издевательства и расплавился. В конце концов я расплавил его настолько, насколько мог, что видно из фотографий. На некоторых из них даже видны частички металла, которые отлетали от анода и оседали на стекле. Плавление, показанное на фотографиях, происходило при токе в 130-140мА и напряжении на аноде в пределах 65-80В. Над ним мы поиздевались достаточно, поэтому следующие опыты мы продолжим без него.
4. Снимаем ВАХ
Идея была включить диод в цепь упоминавшейся уже строчной лампы и регулируюя её смещение получать разные токи через диод. На практике это оказалось не так просто. При изменении смещения ток менялся скачкообразно и нормально установить напряжение на диоде было практически невозможно. На определённом этапе ток с нуля возрастал миллиампер до 17-ти, Когда он доходил примерно до 30мА, происходил ещё один скачок и ток становился больше ста миллиампер. Более-менее нормальная плавная регулировка стала возможной при введении в схему лампочки последовательно с диодом и строчной лампой. Общая схема приняла такой вид:
Ток определялся по падению напряжения на резисторе в 100ом, включённом между анодом 6CD6 и катодом диода. Для части измерений были использованы две лампочки в аноде диода. Со временем у меня возникли сомнения в правильности такого способа снятия ВАХ. Для этого было бы неплохо иметь регулируемый БП, но у меня подходящего не было. Погрешность измерений могла быть относительно большой ввиду несовершенства моей измерительной техники. Из-за той же измерительной техники анодное напряжение на графике имеет такие странные значения. В результате измерений получился такой график:
5. Собираем выпрямитель
Идея собрать на таких лампочках выпрямитель давно не давала мне покоя. Поскольку такой диод был один, я решил собрать с ним однополупериодный выпрямитель. Для начала я попытался зарядить через него конденсатор и проверить дойдёт ли напряжение на нём до максимально возможного. Для сравнения был взят однополупериодный выпрямитель с полупроводниковым диодом. Оказалось, что напряжение на конденсаторе было вольт на 30-40 меньше того, что было у выпрямителя с полупроводниковым диодом. После измерений на холостом ходу в нагрузку выпрямителю была поставлена лампочка. Лампочка светилась, но яркость свечения менялась так, что было ощущение мигания. На помощь снова был призван осциллограф. Последовательно со схемой был поставлен резистор на 1ом, а последовательно с лампочкой резистор на 10ом. К ним подключался осциллограф и определялась форма тока:
Для сравнения, форма тока через один из диодов кенотрона 6X5 (аналог 6Ц4П):
UPD. Из разговоров с
symbolith и другими товарищами понял, что получился не вакуумный диод, а газотрон. У газотрона есть такой параметр, как напряжение поджига, т.е. напряжение на аноде, при котором он начинает проводить ток. Этим объясняются две вещи.
а) Напряжение выпрямителя на газотроне на холостом ходу было вольт на 30 ниже, чем то же напряжение у выпрямителя с полупроводниковым диодом. Видимо эти 30 вольт и есть то самое напряжение поджига. Когда разница между напряжением на конденсаторе и амплитудой переменного напряжения на входе выпрямителя была меньше этого самого напряжения поджига, газотрон переставал проводить ток и конденсатор дальше не разряжался.
б) Осциллограммы выпрямителя с газотроном и вакуумным диодом даны в одном масштабе. По ним видно, что у газотронного выпрямителя частота равна половине частоты выпрямителя с вакуумным диодом. Видимо, за время одного периода конденсатор не успевает достаточно разрядиться, чтобы разница между амплитудой переменного напряжения и напряжения на нём достигла напряжения поджига, и поэтому его дозаряд происходит раз в два периода, что на осциллограммах и видно.
Строим выпрямитель:
6. Заключение
Продолжить опыт мне не удалось. Я решил попробовать поставить после подопытного диода 220мкФ вместо 16-ти и в момент включения его нить накала сгорела. Не знаю был причиной конденсатор, из-за которого слишком долго через нить накала шёл большой ток, или же просто пришло его время отойти в мир иной. В продолжение опыта хотелось запитать через него небольшую ламповую схему. Может быть попробую сделать это в будущем, когда найду ещё одну лампочку на роль подопытного диода.
Кроссы в
tubesound_ru и ru_radio_electr.
У меня возник вопрос, можно ли сделать из такой лампочки вакуумный диод, используя спираль как катод прямого накала и один из держателей в качестве анода. Это мы и попытаемся проверить.
Нашими подопытными будут две показанные на предыдущей фотографии лампочки, а полигоном для наших испытаний будет служить вот такая картонка:
Кроме испытуемых лампочек на ней установлены два патрона для лампочек на 220 вольт и сами лампочки мощностью в 20Вт каждая, соединённые параллельно и включённая триодом выходная строчная лампа 6CD6, которая будет нагрузкой и регулятором тока на некоторых этапах опыта. Слева от неё собран регулируемый источник отрицательного напряжения для регулировки смещения. На нём мы останавливаться подробно не будем, так как это самый обычный однополупериодный выпрямитель. В обеих сетках лампы стоят противозвонные резисторы, в аноде стоит дроссель. Меры возможно излишние, но уже был нехороший опыт с 6П7С, которая в подобной схеме ушла в возбуд так, что на катодном резисторе приборы показывали больше тысячи вольт. Использованные здсь монтажные панели можно найти в отклоняющих системах телевизоров и мониторов. Любителям подобных вещей - повод не проходить мимо выброшенного телевизора или дисплея.
Кроме этого, нам понадобится пара трансформаторов, выпрямитель, состоящий из диодного моста и конденсатора и провода с «крокодилами» для соединений. У маленькой лампочки мы используюем нить накала на 21Вт, у большой - на 30Вт. Далее будем именовать их большим и маленьким диодом. Справидливости ради надо отметить, что я не первый, кому приходит в голову подобная идея. Описания подобных опытов можно увидеть здесь и здесь. Это было краткое вступление, а теперь перейдём к самому опыту.
1. Проверяем возможно ли такое в принципе
Для этого возьмём наш диод, подадим ему напряжение на накал, а в цепь анода включим лампочку на 220 вольт. Для начала подадим постоянное напряжение ок. 270 вольт. Последовательно с цепью включим резистор на 10ом. По падению напряжения на нём будем вычислять анодный ток. Анодное напряжение было определено имеющимся в наличии трансформатором. Маленький диод будем испытывать с одной лампочкой в нагрузке, большой - с одной и с двумя.
Схема опыта:
Результаты на фотографиях:
В результате измерений выяснилось, что на маленьком диоде падало 60 вольт при токе в 91.6мА, на большом - 29 вольт при токе 97.8мА (одна лампочка в нагрузке), 23 вольта при токе 183мА (две лампочки в нагрузке.
Тот же опыт был проведён переменным током. Лампочки светились, измерений я не проводил. Маленький диод не испытывался с двумя лампочками в нагрузке, так как в этом случае у него начинал плавиться анод. Кроме того, я попытался выяснить повлияет ли на анодный ток подключение минуса источника анодного питания к разным выводам накала, но разницы не заметил. Напряжение накала было взято номинальное, так как при недокале в несколько вольт получение данного эффекта становилось затруднительным.
2. Диодный эффект
Далее было решено проверить является ли наш диод на самом деле диодом. Сначала он был включён так же, как и в предыдущем опыте, но с изменённой полярностью источника анодного питания. Никаких утечек замечено не было. Для проверки в переменном токе на помощь был призван осциллограф. Он был подключён всё к тому же резистору на 10ом. Формы тока показаны на фотографиях.
Как видим, осциллограф пришёл к выводу, что наши диоды вполне имеют право называться диодами.
3. Зажигаем часть спирали
Ещё один вопрос, который меня интересовал - можно ли засветить спираль анодным током, без напряжения накала. Оказалось, что можно:
Для получения этого эффекта диод сначала включался в обычный режим с полным напряжением накала, а после нескольких секунд прогрева напряжение накала отключалось и только часть спирали продолжала светиться. Светилась всегда одна и та же часть спирали вне зависимости от того, к какому концу нити накала был подключён минус источника питания.
Измерения показали, что в таком режиме на маленьком диоде падало 120 вольт при токе 63.1мА, на большом - 45 вольт при токе 81.2мА (одна лампочка в нагрузке) и 30 вольт при токе 180мА (две лампочки). Повторить то же самое с переменным током не удалось.
На некоторых фотографиях хорошо видно свечение газа. Оказалось, что у моего фотоаппарата зрение лучше, чем у меня. В отличие от фотоаппарата, мне было довольно сложно его увидеть. На фотографиях так же хорошо виден раскалённый анод маленького диода. Форму шарика он приобрёл в результате одного из предыдущих опытов - не выдержал издевательства и расплавился. В конце концов я расплавил его настолько, насколько мог, что видно из фотографий. На некоторых из них даже видны частички металла, которые отлетали от анода и оседали на стекле. Плавление, показанное на фотографиях, происходило при токе в 130-140мА и напряжении на аноде в пределах 65-80В. Над ним мы поиздевались достаточно, поэтому следующие опыты мы продолжим без него.
4. Снимаем ВАХ
Идея была включить диод в цепь упоминавшейся уже строчной лампы и регулируюя её смещение получать разные токи через диод. На практике это оказалось не так просто. При изменении смещения ток менялся скачкообразно и нормально установить напряжение на диоде было практически невозможно. На определённом этапе ток с нуля возрастал миллиампер до 17-ти, Когда он доходил примерно до 30мА, происходил ещё один скачок и ток становился больше ста миллиампер. Более-менее нормальная плавная регулировка стала возможной при введении в схему лампочки последовательно с диодом и строчной лампой. Общая схема приняла такой вид:
Ток определялся по падению напряжения на резисторе в 100ом, включённом между анодом 6CD6 и катодом диода. Для части измерений были использованы две лампочки в аноде диода. Со временем у меня возникли сомнения в правильности такого способа снятия ВАХ. Для этого было бы неплохо иметь регулируемый БП, но у меня подходящего не было. Погрешность измерений могла быть относительно большой ввиду несовершенства моей измерительной техники. Из-за той же измерительной техники анодное напряжение на графике имеет такие странные значения. В результате измерений получился такой график:
5. Собираем выпрямитель
Идея собрать на таких лампочках выпрямитель давно не давала мне покоя. Поскольку такой диод был один, я решил собрать с ним однополупериодный выпрямитель. Для начала я попытался зарядить через него конденсатор и проверить дойдёт ли напряжение на нём до максимально возможного. Для сравнения был взят однополупериодный выпрямитель с полупроводниковым диодом. Оказалось, что напряжение на конденсаторе было вольт на 30-40 меньше того, что было у выпрямителя с полупроводниковым диодом. После измерений на холостом ходу в нагрузку выпрямителю была поставлена лампочка. Лампочка светилась, но яркость свечения менялась так, что было ощущение мигания. На помощь снова был призван осциллограф. Последовательно со схемой был поставлен резистор на 1ом, а последовательно с лампочкой резистор на 10ом. К ним подключался осциллограф и определялась форма тока:
Для сравнения, форма тока через один из диодов кенотрона 6X5 (аналог 6Ц4П):
UPD. Из разговоров с
symbolith и другими товарищами понял, что получился не вакуумный диод, а газотрон. У газотрона есть такой параметр, как напряжение поджига, т.е. напряжение на аноде, при котором он начинает проводить ток. Этим объясняются две вещи.
а) Напряжение выпрямителя на газотроне на холостом ходу было вольт на 30 ниже, чем то же напряжение у выпрямителя с полупроводниковым диодом. Видимо эти 30 вольт и есть то самое напряжение поджига. Когда разница между напряжением на конденсаторе и амплитудой переменного напряжения на входе выпрямителя была меньше этого самого напряжения поджига, газотрон переставал проводить ток и конденсатор дальше не разряжался.
б) Осциллограммы выпрямителя с газотроном и вакуумным диодом даны в одном масштабе. По ним видно, что у газотронного выпрямителя частота равна половине частоты выпрямителя с вакуумным диодом. Видимо, за время одного периода конденсатор не успевает достаточно разрядиться, чтобы разница между амплитудой переменного напряжения и напряжения на нём достигла напряжения поджига, и поэтому его дозаряд происходит раз в два периода, что на осциллограммах и видно.
Строим выпрямитель:
6. Заключение
Продолжить опыт мне не удалось. Я решил попробовать поставить после подопытного диода 220мкФ вместо 16-ти и в момент включения его нить накала сгорела. Не знаю был причиной конденсатор, из-за которого слишком долго через нить накала шёл большой ток, или же просто пришло его время отойти в мир иной. В продолжение опыта хотелось запитать через него небольшую ламповую схему. Может быть попробую сделать это в будущем, когда найду ещё одну лампочку на роль подопытного диода.
Кроссы в
tubesound_ru и ru_radio_electr.