Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Было время, когда вся электроника создавалась на основе электронных вакуумных ламп, которые по внешнему виду напоминают маленькие лампочки, и которые выполняют функции усилителей, генераторов и электронных коммутаторов. В современной электронике для выполнения этих всех функций используются транзисторы, которые изготавливаются в промышленных масштабах при весьма низкой их себестоимости. Теперь же, исследователи из Исследовательского центра НАСА имени Эймса (NASA Ames Research Center) разработали технологию производства наноразмерных электронных вакуумных ламп, что позволит в будущем создать более быстро и более надежно работающие компьютеры.
Электронную вакуумную лампу называют вакуумной из-за того, что это стеклянный сосуд с вакуумом внутри. Внутри лампы есть нить накаливания, но она разогревается до более низкой температуры нежели нити обычных осветительных ламп. Так же, внутри электронной вакуумной лампы имеется положительно заряженный электрод, одна или несколько металлических сеток, с помощью которых управляют электрическим сигналом, проходящим через лампу.
Нить накала нагревает электрод лампы, который создает в окружающем пространстве облако электронов, и чем выше температура электрода, тем на большее расстояние от него могут удалиться свободные электроны. Когда это электронное облако достигает положительно заряженного электрода, то через лампу может течь электрический ток. Тем временем, регулируя полярность и значение электрического потенциала на металлической сетке, можно усилить поток электронов или прекратить его вообще. Таким образом, лампа может служить усилителем и коммутатором электрических сигналов.
Электронные вакуумные лампы, хоть редко, но используются сейчас, в основном для создания высококачественных акустических систем. Даже самые лучшие образцы полевых транзисторов не могут обеспечить того качества звука, которое обеспечивают электронные лампы. Это происходит по одной главной причине, электроны в вакууме, не встречая сопротивления, перемещаются с максимальной скоростью, чего невозможно добиться при движении электронов сквозь твердые полупроводниковые кристаллы.
Электронные вакуумные лампы более надежны в работе нежели транзисторы, которые достаточно просто вывести из строя. К примеру, если транзисторная электроника попадает в космос, то рано или поздно ее транзисторы выходят из строя, "поджаренные" космическим излучением. Электронные лампы же практически не подвержены воздействию радиации.
Создание электронной вакуумной лампы, размерами не превышающей размеры современного транзистора, является огромной проблемой, особенно в массовом производстве. Изготовление крошечных индивидуальных вакуумных камер - это сложнейший и дорогой процесс, который применяют только в случаях острой необходимости. Но ученые НАСА решили эту проблему достаточно интересным путем, оказалось, что при уменьшении размеров электронной лампы менее некоторого предела наличие вакуума перестает быть необходимым условием. Наноразмерные вакуумные лампы, у которых имеется нить накаливания и один электрод, имеют размеры в 150 нанометров. Зазор между электродами лампы настолько мал, что наличие в нем воздуха не является помехой для их работы, вероятность столкновения электронов с молекулой воздуха стремиться к нулю.
Естественно, впервые новые наноэлектронные лампы появятся в электронном оборудовании космических кораблей и аппаратов, где устойчивость электроники к радиации имеет первостепенное значение. Помимо этого, электронные лампы могут работать на частотах, в десятки раз превышающих частоты работы самых лучших экземпляров кремниевых транзисторов, что в будущем позволит на их основе создавать компьютеры, намного более быстрые, чем те, которые мы используем сейчас.
Поколения компьютеров
В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.
Появление ЭВМ или компьютеров – одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры. Первые электронные компьютеры появились в первой половине XX века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были электронные машины, способные решать сложные задачи.
Кроме того, они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали:
Одна из них состояла в том, что они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов.
Способность хранить информацию в специальной памяти.
Поколение первое.
Компьютеры на электронных лампах.
Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году.
Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры. Подробнее об электронной лампе здесь.
Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штеккера с нужным гнездом.
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.
Поколение второе.
Рассмотрены обозначение и цоколевка следующих радиоламп: триод, двойной триод, лучевой тетрод, индикатор настройки, пентод, гептод, двойной диод-триод, триод-пентод, триод-гептод, кенотрон.
Немножко истории
Появление в середине XX века транзисторов казалось приведет к полному вытеснению из радиотехники господствующих тогда электронных ламп.
Одним из основных недостатков радиоламп считалась их низкая экономичность. Нагреваемый катод потреблял значительную энергию и имел малый срок службы. В упрек электронной лампе ставилась трудоемкость ее изготовления, необходимо было выдерживать высокоточную геометрию большого числа электродов в вакуумном баллоне лампы.
Производство радиоэлектронной аппаратуры на лампах постепенно сворачивалось. В нашей стране количество выпускаемой аппаратура на радиолампах хотя и постепенно снижалось, но заводы по производству ламп продолжали работать. Как ни странно, это принесло отечественной промышленности в начале 90-х годов определенную выгоду.
В этом основную роль сыграли меломаны. В конце концов оказалось, что усилители звуковой частоты на электронных лампах передают звукозапись лучше, более естественно, чем на полупроводниковых триодах.
В настоящее время рынок Hi-Fi аппаратуры заполнен звуковоспроизводящей аппаратурой на электронных лампах , в основном, российского производства.
Из всего этого можно сделать вывод, что конструирование радиоаппаратуры на электронных лампах на пороге начала XXI века не несет регресс в радиоэлектронику, а наоборот, позволяет по-новому, более разумно взглянуть на область применения электронных ламп.
Принцип работы радиоэлектронной лампы основан на явлении термоэлектронной эмиссии. Процесс вылета электронов с поверхности твердых или жидких тел называют электронной эмиссией.
Устройство радиолампы
Устройство радиолампы до гениальности простое. В стеклянном баллоне находятся расположенные определенным образом металлические электроды, один из которых нагревается электрическим током.
Этот электрод называется катодом. Катод и предназначен для создания термоэлектронной эмиссии. В баллоне лампы под действием электрического поля электроны летят к другому электроду — аноду.
Электронный поток управляется с помощью других электродов, находящихся в лампе, называемых сетками.
Условное графическое изображение радиоламп
Простейшей усилительной лампой является триод . Его условное графическое изображение на радиоэлектронных схемах представляется в виде окружности. Внутри окружности, в верхней ее части, нарисована вертикальная прямая с перпендикулярным отрезком на конце, что символизирует анод, по диаметру окружности в виде штрихов обозначается сетка, а в нижней части, дугой с отводами на концах — нить накала.
Дужкой над нитью накала обозначают подогреватёль катода. Лампы с прямым накалом нити в своем условном графическом изображении не имеют такой дужки, например, батарейного типа 2К2П, а также некоторые другие типы ламп. В одном баллоне лампы может находиться триод в комбинации с другим типом ламп.
Это так называемые комбинированные лампы. На схемах рядом с изображением лампы ставится ее буквенное обозначение (две латинские буквы V и L) с порядковым номером по схеме (например, VL1) и возле них тип используемой лампы в конструкции (например, VL1 6Н1П). Условное графическое изображение электронных ламп различных типов с буквенным обозначением приведено на рис. 1.
На рисунке буквами с цифрами обозначены: а — анод, С1 — управляющая сетка, к — катод и н — нить накала. Для генерации, усиления и преобразования сигналов в настоящее время в конструкциях радиолюбителей используются, в основном, электронные лампы с октальным цоколем, пальчиковой серии и миниатюрной серии с гибкими выводами.
Последние два типа ламп не имеют цоколя, выводы в них вплавлены прямо в стеклянный баллон. Баллоны перечисленных серий ламп, в основном, изготовлены из стекла, но встречаются и из металла (рис. 2).
Рис. 1. Условное графическое изображение и буквенное обозначение электронных ламп различного типа на радиоэлектронных схемах: а — триод; б, в — двойной триод; г — лучевой тетрод; д — индикатор настройки; е — пентод; ж — гептод; з — двойной диод-триод; и — триод-пентод; к — триод-гептод; л — кенотрон; м — двойной диод с раздельными катодами косвенного накала.
Рис. 2. Варианты конструктивного изготовления электронных ламп: а — стеклянный баллон, октальный цоколь; б — металлический баллон, октальный цоколь; в — стеклянный баллон с жесткими выводами (пальчиковая серия); г — стеклянный баллон с гибкими выводами (безцокольная серия).
Электрические параметры ламп
В современных высококачественных усилителях звуковой частоты, в основном, отдается предпочтение трехэлектродным лампам, называемых триодами. Общими основными электрическими параметрами приемо-усилительных ламп, которые обычно приводятся в справочниках, являются следующие: коэффициент усиления ц, крутизна характеристики S и внутреннее сопротивление Rj.
Важное значение имеют так называемые статические характеристики лампы: анодно-сеточная и анодная характеристики, которые представляются в виде графика.
Имея эти две характеристики, можно графически определить три приведенных выше основных параметра ламп. Для ламп различного назначения к перечисленным характеристикам добавляются специальные, характерные для них параметры.
Лампы, используемые в усилителях звуковой частоты, характеризуются еще такими параметрами, которые зависят от того или иного режима работы выходной лампы, в частности, выходной мощностью и коэффициентом нелинейных искажений.
У высокочастотных ламп характерными параметрами являются :
- входная емкость,
- выходная емкость,
- проходная емкость,
- коэффициент широкополосности
- эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов.
При этом чем меньше суммарное значение входной и выходной междуэлектродных емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики, тем больше усиление она дает на высших частотах.
Отношение крутизны характеристики лампы к ее проходной емкости служит показателем устойчивости усиления. Большее усиление от высокочастотной лампы можно получить на высоких частотах, в случае когда меньше суммарное значение входной и выходной емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики.
При выборе лампы для первых каскадов усиления, особо следует обращать внимание на ее эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов.
Эффективность работы частотопреобразовательных ламп оценивается крутизной преобразования. Крутизна преобразования, как правило, в 3...4 раза меньше крутизны характеристики лампы. Ее значение возрастает при увеличении напряжения гетеродина.
Для кенотронов основным параметром является амплитуда обратного напряжения. Наибольшие значения амплитуды обратного напряжения характерны для высоковольтных кенотронов.
Кенотроны и диоды
На рис. 3 приведейы основные параметры, типовой режим и цоколевка некоторых типов электронных ламп, широко используйщихся в радиоэлектронных конструкциях в настоящее время и использовавшихся в прошлом.
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения.
Кенотроны и диоды
Преобразовательные лампы и электронно-лучевые индикаторы настройки
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)
Триоды
- S - крутизна анодно-сеточной характеристики;
- m - коэффициент усиления;
- Rс - наибольшее сопротивление в цепи сетки;
- Свх - входная емкость лампы (сетка катод),
- Свых - выходная емкость лампы (катод-анод),
- Спр - проходная емкость лампы (сетка-анод);
- Ра - наибольшая мощность, рассеиваемая анодом лампы.
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).
Двойные триоды
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).
Выходные пентоды
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).
Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (окончание).
Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.
ДП ____________2_2_0_3________гр_4_4_4________________
номер специальности и группы
Рецензент __________________ _____К_у_д_р_я_ш_о_в_а____
подпись и., о., фамилия
Руководитель _______________ _____Э_п_ш_т_е_й_н________
подпись и., о., фамилия
Дипломник _________________ _____Т_к_а_ч_е_н_к_о_В_К__
подпись и., о., фамилия
г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Введение. . . . . . . . . . . 3
1. Общая часть
1.1. Описание предметной области. . . . . . 4
1.1.1. Электронные лампы. . . . . . . 4
1.1.2. Расчетные формулы. . . . . . . 11
1.2. Анализ методов решения. . . . . . . 13
1.3. Обзор средств программирования. . . . . . 14
1.4. Описание выбранного языка программирования. . . . 16
2. Специальная часть
2.1. Постановка задачи. . . . . . . . 23
2.1.1. Основание для разработки. . . . . . 23
2.1.2. Назначение программы. . . . . . 23
2.1.3. Технико-математическое описание задачи. . . . 23
2.1.4. Требования к программе. . . . . . 24
2.1.4.1. Требования к функциональным характеристикам. . 24
2.1.4.2. Требования к надёжности. . . . . . 25
2.1.4.3. Требования к техническим средствам. . . . 25
2.2. Описание схемы программы. . . . . . . 26
2.2.1. Описание схемы основной программы. . . . 26
2.2.2. Описание схемы модуля расчета термонапряжений в аноде МГП 26
2.2.3. Описание схемы модуля построения графиков. . . 27
2.3. Текст программы. . . . . . . . 28
2.4. Описание программы. . . . . . . . 33
2.4.1. Общие сведения. . . . . . . 33
2.4.2. Функциональное назначение. . . . . 33
2.4.3. Описание логической структуры. . . . . 33
2.5. Описание процесса отладки программы. . . . . 34
2.6. Пример результатов работы программы. . . . . 35
3. Экономическое обоснование проектируемой программы. . . . 36
4. Мероприятия по обеспечению безопасности жизнедеятельности. . . 40
4.1. Воздействие электрического тока на организм человека
4.2. Заземляющие устройства
Заключение. . . . . . . . . . . 42
Список литературы. . . . . . . . . . 43
Приложение 1. Схема программы. . . . 44
Приложение 2. Экранные формы. . . . 47
Приложение 3. Примеры ошибок. . . . 51
Последние несколько лет слово “компьютер” употребляется всё чаще и чаще. Если раньше компьютерами владели только фирмы с мировым авторитетом, и программы были написаны на языках низкого уровня, то на данный день компьютер имеется почти в каждой квартире, и программы пишутся на языках высокого уровня. В России ежегодно продается более миллиона компьютеров. Современные компьютеры имеют большие возможности: производят числовые расчеты, подготавливают к печати книги, на них создают рисунки, кинофильмы, музыку, осуществляют управление заводами и космическими кораблями. Компьютер является универсальным и довольно простым средством для обработки всех видов информации, используемой человеком.
Данное дипломное задание позволит работникам заводов и КБ уменьшить количество и стоимость макетов проектируемых приборов. Разрабатываемая программа обеспечит расчет температурного поля в теле анода МГП в процессе разогрева после включения прибора, а также возникающих при этом термонапряжений, разрушающе действующих на материал анода. Результаты работы этой программы дадут необходимую исходную информацию для анализа температурных напряжений в теле анода и выбора режимов эксплуатации, сохраняющих ресурс работы и обеспечивающих высокую надежность и долговечность приборов.
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Описание предметной области
Электронные лампы
Электронные лампы применяются для генерации, усиления, или преобразования электрических колебаний в самых разных областях науки и техники.
Принцип работы электронных ламп
Принцип действия всех радиоламп основан на явлении термоэлектронной эмиссии – это увеличение скоростей электронов до таких, что они вылетают из металла с отрицательным зарядом и могут направленно двигаться между электродами, создавая электрический ток. Для этого также необходимо, чтобы им не встречались на пути препятствия, такие как молекулы воздуха – именно поэтому в лампах создается высокий вакуум. Для получения термоэлектронной эмиссии металл надо нагреть примерно до 2000 о К. Удобнее всего нагревать металлическую нить накала электрическим током (ток накала ), как и в осветительных лампах. Такую высокую температуру выдерживает не каждый металл, большинство плавится, из-за этого в первых образцах электронных ламп применялись чисто вольфрамовые нити накала, которые накаливались до белого свечения, откуда и произошло название «лампа». Но такая яркость обходится очень дорого – нужен сильный ток (в пол-ампера для приёмной лампы). Но скоро был найден путь уменьшения тока накала. Исследования показали, что если покрыть вольфрам некоторыми другими металлами или их окислами (бария, стронция и кальция), то выход электронов облегчается (снижается так называемая ”работа выхода”). Для выхода требуются меньшие энергии, а значит и меньшая температура. Современные оксидированные нити накала работают при температуре около 700-900 о С, в связи с этим удается снизить ток накала примерно в 10-20 раз.
Надо заметить, что управление всеми потоками электронов в лампе осуществляется посредством электрических полей, образующихся вокруг электродов с разными зарядами.
Виды электронных ламп
Диод – вакуумный прибор, пропускающий электрический ток только в одном направлении (Рис.1а) и имеющий два вывода для включения в электрическую цепь (плюс вывод накала, конечно), двухэлектродная лампа была изобретена в 1904 г. физиком Дж. Флемингом. Такая электронная лампа представляет собой стеклянный или металлический баллон, из которого выкачан воздух, и двух металлических электродов: накаливаемого катода (-) и холодного анода(+). Катод бывает двух типов: прямого накала и косвенного накала . В первом случае катод представляет собой вольфрамовую нить (чаще покрытую оксидом), по которой проходит накаливающий её ток, а во втором – покрытый слоем металла с малой работой выхода цилиндр, внутри которого находится нить накала, электрически изолированная от катода. Действие катода как источника электронов основано на термоэлектронной эмиссии . На рисунке 1а показано устройство вакуумного диода с катодом прямого накала. Недостатком катодов прямого накала является то, что они не пригодны для питания их переменным током, так как при изменениях тока температура нити успевает измениться, и поток излучаемых электронов пульсирует с частотой питающего тока, поэтому сейчас применяются катоды косвенного накала.
Вольт-амперная характеристика диода (рис. 1е) имеет нелинейный характер – это объясняется накоплением электронов у катода в “облачко”. При отсутствии анодного напряжения электроны к нему не притягиваются, и анодный ток равен нулю. Анодный ток возникает при подаче положительного напряжения на анод, по мере увеличения напряжения анодный ток будет возрастать (на кривой А-Б – быстрее). При большом напряжении (в точке В) сила тока достигает наибольшей величины – это ток насыщения. У диода с активированным (оксидным) катодом не наблюдается замедления роста анодного тока, но при анодном токе выше некоторой предельной величины катод разрушается. Свойства диода оцениваются крутизной характеристики и внутренним сопротивлением лампы.
Если вывод сетки присоединить к катоду, то между сеткой и катодом не будет электрического поля, и витки сетки окажут очень слабое действие на летящие к аноду электроны – в анодной цепи установится ток покоя . Если включить между катодом и сеткой батарею так, что сетка зарядится отрицательно, то последняя начнёт отталкивать электроны обратно к катоду, а анодный ток уменьшится. При значительном отрицательном потенциале сетки даже самые быстрые электроны не смогут преодолеть её отталкивающее действие, и анодный ток прекратится, т.е. лампа будет заперта. Если сеточную батарею присоединить так, чтобы сетка была положительно заряжена относительно катода, то возникшее электрическое поле станет ускорять движение электронов. В этом случае измерительный прибор в цепи анода покажет увеличение тока.
Чем выше потенциал сетки, тем больше становится анодный ток. При этом некоторая часть электронов притягивается и к сетке, создавая сеточный ток , но при правильной конструкции лампы количество этих электронов невелико. Только те электроны, которые окажутся в непосредственной близости от витков сетки, будут притянуты к ней и создадут ток в сеточной цепи – он будет незначителен.
Коэффициент усиления и мощности у триодов различны. При большом анодном токе аноды подвергаются сильной электронной бомбардировке, что приводит к их значительному нагреванию и даже разрушению, поэтому аноды делают массивными, чернят, приваривают специальные охлаждающие ребра или применяют водное охлаждение, о котором рассказано ниже. Водное охлаждение применено и в импульсном генераторном триоде ГИ-11 (БМ), не так давно разработанном петербургскими учеными.
Экранированные лампы могут хорошо работать с небольшими сеточными напряжениями, но иногда при работе тетродов вторичные электроны, выбитые из анода, долетают до экранной сетки, создавая ток и сильные искажения сигнала – это явление называют динатронным эффектом . Пентоды являются решением этой проблемы.
Способ устранения неприятных последствий динатронного эффекта очевиден: надо не пускать вторичные электроны к экранирующей сетке. Это можно сделать введением в лампу еще одной сетки – третьей по счету, которая будет защитной , так получились пентоды – от греческого слова «пента» - пять (рис. 1г). Третья сетка располагается между анодом и экранирующей сеткой и соединяется с катодом, следовательно, оказывается заряженной отрицательно относительно катода. Поэтому вторичные электроны будут отталкиваться этой сеткой обратно к аноду, но в то же время, будучи достаточно редкой, эта защитная сетка не препятствует электронам основного анодного тока. У современных (на 1972 год) высокочастотных пентодов коэффициент усиления доходит до нескольких тысяч, а емкость сетка – анод измеряется тысячными долями пикофарады. Благодаря этому пентод является прекрасной лампой для усиления колебаний высокой частоты. Но пентоды с большим успехом применяются и для усиления низкой (звуковой) частоты, в частности в оконечных каскадах.
Конструктивно низкочастотные пентоды несколько отличаются от высоко- частотных. Для усиления НЧ не нужно иметь слишком большие коэффициенты усиления, но зато необходимо иметь большой прямолинейный участок характеристики, так как приходится усиливать большие напряжения, поэтому делают сравнительно редкие экранирующие сетки. При этом коэффициент усиления не получается очень большим, а вся характеристика сдвигается влево, поэтому больший её участок становится пригодным для использования. Низкочастотные пентоды должны отдавать большую мощность, следовательно, делаются массивными и их аноды нуждаются в охлаждении.
Существуют также и Лучевые тетроды – мощные низкочастотные лампы без защитных сеток, в которых витки экранирующих сеток расположены точно за витками управляющих сеток. При этом поток электронов рассекается на отдельные пучки (лучи), летящие прямо к аноду, а он отнесен несколько дальше и выбитые из него вторичные электроны не могут долететь до экранирующей сетки, а притягиваются анодом обратно, не нарушая нормальной работы лампы. Коэффициент усиления у таких ламп в несколько раз выше, чем у обычных тетродов, т.к. электроны от катода летят прямыми лучами между витками сеток и не разлетаются, а направляются к аноду полем экранирующих пластин, расположенных на путях возможной утечки около анода лампы, которые подключены к минусу источника питания через катод. У лучевых ламп удается создать очень выгодную форму характеристики, позволяющую получить большую выходную мощность при небольшом напряжении сигнала на сетке.
Конструкции радиоламп
Для аппаратуры малой мощности, такой как радиоприемник, лампы старались делать как можно меньших размеров (пальчиковые лампы). Их часто называют приёмно-усилительными лампами. Существуют и сверхминиатюрные лампы (толщиной с карандаш) с мягкими выводами. В мощной аппаратуре радиоузлов и в радиопередатчиках применяют лампы значительно больших размеров, развивающие в анодной цепи гораздо большую мощность. Такие лампы имеют массивные аноды с принудительным воздушным или водяным охлаждением. Для этого аноды делают конусоподобными из меди или других термоустойчивых металлов, к ним приваривают полые ребра или трубки, по которым пропускают охлажденную воду. Мощные лампы с медными анодами и водяным охлаждением, изобретенные в 1923 г. М. А. Бонч-Бруевичем, применяются в мощных радиопередатчиках всего мира (там, где нельзя применить полупроводниковые приборы).
Существует несколько способов охлаждения анода:
· принудительное воздушное;
· принудительное водное;
· естественное (рассеяние).
Для уменьшения нагрева анода его часто снабжают ребрами или крылышками.
За время существования радиоламп их конструкции претерпели серьезные изменения. Первые образцы приемно-усилительных ламп отличались довольно значительными размерами и потребляли очень большой ток накала. По мере совершенствования конструкций и технологии производства размеры ламп уменьшались, лампы становились более прочными, экономичными, их качество улучшалось. Приемно-усилительные лампы наших дней очень мало похожи на первые радиолампы, хотя основные принципы их работы не изменились.
Современные приемно-усилительные лампы выпускаются почти исключительно пальчикового типа (длиной 5-7 сантиметров). Внутренняя арматура и выводы всех электродов укреплены непосредственно на плоском стеклянном дне лампы и выходят наружу в виде тонких, но прочных штырьков, расположенных несимметрично. К каждому из штырьков присоединяется вывод одного из электродов лампы. Подключение электродов (цоколевка) ламп одного и того же типа всегда совершенно одинакова.
Для обеспечения правильности вставления штырьков лампы в панельку применяют два способа: несимметричное расположение штырьков и создание направляющего ключа на цоколе из пластмассы (Рис. 1д), который входит в паз, расположенный на панельке.
В массовом производстве аноды ламп имеют цилиндрическую форму и сделаны из меди или термоустойчивых сплавов. Для упрощения и удешевления моделирования и производства таких электронных ламп и предназначена разрабатываемая программа.
Конструкции и обозначения электронных ламп на схемах
А) 
Б) 
В) 
Г) 
Д) 
Е) 
а) – диод с прямым накалом (две конструкции и схематическое обозначение);
б) – схема триода с косвенным накалом (с третьим электродом – сеткой);
в) – конструкция и схематическое обозначение тетрода с прямым накалом.
г) – конструкция и схематическое обозначение пентода с прямым накалом.
д) – октальный цоколь радиолампы с направляющим (в панельку) выступом.
е) – анодная вольт-амперная характеристика вакуумного диода.
Расчетные формулы
Распределение температуры по толщине стенки анода определяется решением дифференциального уравнения:
на решение которого накладываются граничные условия:
На внутренней (нагреваемой) поверхности:
(2)
На наружной (охлаждаемой) поверхности:
(3)
с начальным условием: T(r,0) = T o = 300 о K. (4)
Уравнение (1) интегрируется до тех пор, пока не достигается установившийся режим (завершается разогрев), т.е. выполняется условие 
.
В уравнении (3): ε – коэффициент черноты поверхности; σ о = 5.67*10 -12 – постоянная Стефана-Больцмана.
По результатам интегрирования уравнения (1) термонапряжение в аноде вычисляется в виде:
(5)
T ср. (r,t) – средняя температура анода в сечении с координатой r .
Интеграл в уравнении (5) вычисляется методом Симпсона :
Где число разбиений n = 2m – чётное, а шаг h = b-a/2m. M – число пространственных интервалов.
Формулы расчета температур в конечно-разностном представлении:
Граничные условия на поверхностях анода:
R внутр. : 
. (2’)
R наруж.: 
(3’)
Здесь: i, j – номера пространственного и временного интервалов, k – наружная стенка;
Δr и Δ t – шаги пространственно-временной сетки по координате и по времени;
n – число пространственных интервалов в пределах толщины стенки анода (R нар – R вн).
Принятые в проекте обозначения:
R нар, R внутр. – наружный и внутренний радиусы анода (см);
t – время работы после включения накала (сек);
r – координата в сечении анода (см); R вн. ≤ r ≤ R нар.
T(r,t) – температура в сечении с координатой ‘r’ в момент времени ‘t’;
λ – теплопроводность материала анода (вт/см.*град.);
α – температуропроводность материала анода (медь=1.1);
E – модуль упругости (кг/см²);
α т – коэффициент линейного расширения (1/град);
ε – коэффициент черноты поверхности;
σ о = 5.67*10 -12 (Вт/См 2 град 4) – постоянная Стефана-Больцмана;
q– подводимая к аноду мощность (вт / см²);
T 0 – температура окружающей среды (град K).
Анализ методов решения
Дифференциальное уравнение (1) – (3), (4) можно решить двумя способами: неявным (абсолютно сходящимся) методом и явным (относительно сходящимся) методом конечно-разностной аппроксимации. Различие этих методов состоит в том, что в неявном методе шаг Δt задается любым, а в явном методе он ограничен и берется очень маленьким.
Отсюда вытекает различие в условиях устойчивости схем: .
В явной схеме ω<1/2, а в неявной схеме ω не ограничена. Это приводит к тому, что в явной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в предыдущий момент времени, а в неявной схеме значение температуры в данный момент времени находится с помощью значения температуры в тот же момент времени.
Уравнение неявной схемы сразу решить нельзя, надо составлять систему уравнений, что на много усложняет схему программы. Преимущество неявной схемы в том, что, задавая нужный шаг, можно резко сократить количество итераций, в то время как в явном методе количество итераций будет составлять десятки тысяч. Однако при современном быстродействии компьютеров разница в несколько тысяч итераций во время работы программы не составит и секунды, а простой и удобный алгоритм способствует более качественному и быстрому написанию и отладке программы. Поэтому при разработке данной программы применялся явный метод конечно – разностной аппроксимации.
В 1883 году знаменитый изобретатель Эдисон, работая над усовершенствованием лампы накаливания, обнаружил, что помещенная в вакуум нить лампы при сильном нагревании начинает «выбрасывать» в окружающее пространство большое количество электронов. Это явление, названное термоэлектронной эмиссией, получило широкое применение в электронных лампах. Первые электронные лампы имели такие же прозрачные стеклянные баллоны, как и электрические лампы накаливания. Нити накала в них ярко светились. сегодня имеет стеклянный, металлический или керамический баллон. Внутри баллона укреплены электроды и создается вакуум, чтобы газы не препятствовали движению электронов и электроды служили дольше. Лампа имеет катод и анод. Отрицательный электрод — это катод, он служит источником электронов. Положительный электрод — анод окружает катод. Анод бывает цилиндрической формы или коробки, не имеющей 2-х стенок. Названия электронных ламп зависят от количества электродов: 2 электрода — диод; 3 — триод; 4 — тетрод и т.д.
Первая электронная лампа была изобретена английским ученым Флемингом в 1904 году. Используя «эффект Эдисона», он создал детектор, который назовут «двухэлектродной трубкой» или «диодом». В стеклянный баллон с разреженным газом Флеминг поместил нить накала, которую окружал металлический цилиндр. 
При нагревании электрод лампы начинал испускать электроны, вокруг него образовывалось электронное облако. Плотность облака увеличивалась при повышении температуре электрода. Если электроды лампы подключались к источнику тока, возникало электрическое поле. Если отрицательный полюс источника соединялся с нагретым электродом (катодом), а положительный — с холодным (анодом), то электроны под влиянием электрического поля покидали «облако» и направлялись к аноду. Между анодом и катодом появлялся электрический ток. В случае, если анод зарядить отрицательно, он будет отталкивать электроны, а катод с положительным зарядом — притягивать. Тока в цепи не будет. В диоде Флеминга ток шел в одном направлении, т.е. обладал односторонней проводимостью. Приемная схема с диодом Флеминга почти не отличалась от прочих радиосхем и не осуществила переворота в радиотехнике.
Выдающимся достижением в этой области стало изобретение американского инженера Ли де Фореста. В 1907 году он создал лампу с дополнительным третьим электродом, названным им «сеткой». Лампу изобретатель назвал «аудином», правда, в дальнейшем ее стали называть «триод». Работа триода, как и любой электронной лампы, построена на движении электронов между катодом и анодом. Третий электрод (сетка) был расположен ближе к катоду, 
не был сплошным, имел вид спирали из проволоки, пропускал электроны, направленные от катода к аноду. При подаче на сетку не высокого отрицательного напряжения уменьшалась сила анодного тока, т.к. сетка отталкивала какую-то часть электронов, двигавшихся от катода к аноду. Если на сетку поступало высокое отрицательное напряжение, она становилась непреодолимым препятствием для электронов, которые задерживались между катодом и сеткой. Анодный ток прекращался, хотя на катоде был «минус», а на аноде - «плюс». Если на сетку подать положительное напряжение, она начинает притягивать электроны, помогая аноду, сила тока, проходящая через лампу, значительно увеличивается. Итак, подавая на сетку разное напряжение, можно регулировать силу анодного тока. Даже небольшие изменения напряжения, происходящие между катодом и сеткой, вызывают большие изменения анодного тока. Это позволяло использовать электронную лампу для увеличения малых переменных напряжений и, соответственно, для широкого применения на практике.
Появление триодов привело к быстрым эволюционным переменам радиоприемных схем. Появилась возможность усиливать принимаемый сигнал в сотни раз, чувствительность приемников возросла многократно. Уже в 1907 году Ли де Форест предложил схему лампового приемника. Однако первая трехэлектродная лампа имела ряд значительных недостатков. Так, электроды располагались так, что значительная часть электронного потока направлялась на стеклянный баллон, а не на анод. Плохо откачанная лампа содержала молекулы газа, которые, ионизировавшись, оказывали разрушительное воздействие на нить накала. В 1910 году Либен усовершенствовал лампу-триод. Сетка представляла перфорированный лист алюминия и помещалась в центре лампы, поделив ее на 2 части. Внизу находилась платиновая нить накала. Анод в форме спирали из алюминиевой проволоки или прутика размещался в верхней части лампы. Чтобы защитить нить накала, ее покрывали тонким слоем бария или окисла кальция. Для дополнительной ионизации внутрь лампы вводились ртутные пары, что увеличивало катодный ток.
Вскоре появились лампы с несколькими сетками: тетроды — лампы с 2-мя сетками; пентоды — с 3-мя. Это
были универсальные электронные лампы для усиления напряжения постоянного и переменного токов. Их использовали как детекторы и генераторы электрических колебаний. Появились и комбинированные лампы, в их баллонах было по две, три электронные лампы и назывались они: диод-пентод, триод-пентод и т.д. Такие лампы работали как детекторы (диод) и усилители напряжения (пентод). В зависимости от применения электронные лампы имеют разные размеры: от сверхминиатюрных, не толще карандаша, (радиоприемники, телевизоры и проч.) до огромных, в рост человека, (усилители радиоузлов, радиопередатчики).
