(сочетание эффекта магнетрона и триода, хотя и не совсем триода…., пока другого названия, в голову не пришло)
Доброго времени суток всем присутствующим!
Хочу выставить идею на Ваше обсуждение в новой теме.
По моим предварительным размышлениям, эффект должен присутствовать, хотя и есть у меня некоторые «неприятные» мысли… но об этом (возможно) позже.
Суть идеи в следующем:
(Я сейчас буду рассматривать все это только с позиции классической физики, без привлечения, каких-либо гипотетических, и еще неизвестных полей и теорий).
Эффект, на котором основана идея, всем хорошо известен, это сила Лоренца. А на основе ее есть много разных других известных эффектов, названных по разному, но суть одна, это – эффект магнетрона, эффект Холла, сила Ампера, электромагнитная индукция, и т.д…. Все это проявляется в ортогональных полях - электрическом и магнитном, или при перемещении зарядов в перпендикулярном магнитном поле.
В двух словах напомню суть.
Если присутствует электрическое поле и есть «свободные» заряды, к примеру электроны, то они приходят в однонаправленное движение вдоль этого поля. Теперь, если еще присутствует и магнитное поле, перпендикулярно электрическому, то на эти движущие заряды начинает действовать сила Лоренца, которая отклоняет их перпендикулярно векторам магнитного и электрического полей.
А дальше все очень просто. Вариантов исполнения может быть очень много, начиная от вакуумных приборов и заканчивая полупроводниками, приборами на туннельном эффекте и др.
Применяя полупроводники и туннельный эффект можно построить прибор, который будет выдавать электроэнергию, используя «тепловые» движения электронов и дырок. То есть он будет преобразовывать окружающее тепло в электроэнергию и тем самим будет охлаждаться «рабочее тело» преобразователя (таки образом нарушая закон термодинамики).
Все мы знаем, что (согласно классики) скорость направленного движения электронов при токе в несколько Ампер составляет всего-навсего несколько мм/Сек., а «тепловая» скорость их движения составляет несколько МЕТРОВ/Сек. или даже десятков..
Значение на несколько порядков больше (возможно я немного ошибся, просто не хотел тратить время на поиски этих цифр, я их точно не помню, но по сути, я высказался правильно). Поэтому с теплового движения электронов вроде можно было бы что то «взять» реальное... Есть правда одно «небольшое» отличие, постоянный ток это однонаправленное движение всех электронов (я рассматриваю проводники), а тепловое движение происходит во всевозможных направлениях, и результирующего среднего тока, как бы и не существует. Но движение зарядов то есть, а следовательно на них будет действовать внешнее магнитное поле! Вы с этим согласны? А если так, то продолжу дальше.
Для начала понимания принципа, я приведу «мысленный» эксперимент только с электровакуумным прибором, особой конструкции (правда, не очень он и особый).
О полупроводниках, туннельном эффекте и использовании «теплового» движения электронов, я сейчас рассказывать не буду. Многие смогут сами дальше переложить эту идею и на полупроводники и тепловое движение.
Так вот, представим себе обычную лампу – диод, но не совсем обычную, а с третьим электродом….скажете это всем известный триод, но уверяю вас это не триод! (если не называть его только по количеству электродов).
Третий электрод, это не управляющая сетка, а эмиттер!
См. приведенный ниже рисунок.
И еще в этой лампе должны присутствовать постоянные магниты, как магнетроне.
Для предварительного мысленного «расчета», мощность, потребляемую подогревателем катода, мы не будем учитывать (существуют ведь и холодные катоды), а в полупроводниках накала вообще нет.
Рассуждая далее, это почти обычный электровакуумный диод, на аноде положительное напряжение (определенной величины), катод нагрет и электроны устремляются с ускорением к аноду, есть анодный ток.
Теперь, перпендикулярно движению электронов прикладываем магнитное поле с помощью постоянных магнитов (как в магнетроне). На движущиеся электроны начинает действовать сила Лоренца, которая (при указанных направлениях на рис. магн. поля), будет направлена вправо. А справа у нас находится пластина эмиттера!
Далее подбираем такое напряжение на аноде и напряженность внешнего магнитного поля, что все электроны, вылетевшие с катода, попадают на эмиттер, не достигая анода. Анодного тока нет!(или он будет мизерным) Но электрическое поле остается таким же и работа лампы не нарушается.
На эмиттере будут скапливаются электроны и он приобретет отрицательный заряд, т.е., на нем появится отрицательное напряжение, по отношению к катоду.
Подключаем между эмиттером и катодом нагрузку - естественно потечет ток, а следовательно и получим определенную полезную мощность в нагрузке.
Но анодного тока ведь нет! И мощность от источника, получается, мы не потребляем (подогреватель, пока не берем в расчет). В таком варианте работы на аноде нам нужен только потенциал для создания электрического поля.
Но в нагрузке то, ток будет, следовательно должна быть и полезная мощность!
Ну вот пока и все.
Привет всем!
Некоторый интерес у присутствующих появился, значит расскажу следующий шаг теоретической «проработки» данного девайса.
Самое «нехорошее место» в предложенной модели это то, на что сразу обратил внимание Олег!
Это тот факт, что с эмиттерного «облака» электронов, а будут еще и вторичные выбитые электроны, следовательно начнут притягиваться анодом, и будут достигать его, следовательно, ток анода будет присутствовать! Что для нас является не очень хорошо, а на самом деле, очень плохо.
Этот неприятный момент я знал с самого начала, просто пока не хотел о нем говорить.
Вспомните, в первом своем посту в этой ветке, я написал о туннельном эффекте. Это было не просто так.
Так вот, туннельный эффект, это барьер, который должны преодолеть электроны. Преодолев этот барьер, они потеряют часть своей кинетической энергии и попадут, за этим барьером, в потенциальную яму, «вылезть» с которой у них уже не будет «сил»… они «на последнем вздохе» его преодолели, а преодолеть его снова в обратном направлении не могут - нет энергии.
Но туннельный эффект, в основном, применим в твердотельной электронике, я писал о полупроводниках, но это следующий этап…
В нашем случае необходимо создать подобный барьер и потенциальную яму, но только в вакуумном приборе. Нет ничего проще! Это уже давно пройденный, и частично забытый этап развития электроники.
Ничего нового выдумывать не нужно. Нужно посмотреть на эти этапы развития радиоламп….
Все верно! Если сначала был триод, то следующим был тетрод!
У нас подобная ситуация, только назначения четвертого электрода немного будет иным, чем в лампе - тетроде, скорее четвертый электрод в нашем случае будет выполнять роль пятого электрода в обычной радиолампе.
Я думаю, что уже все поняли в чем дело – будет установлена сетка в непосредственной близости от эмиттера!
Теперь наш девайс превратился… (наверное нужно переименовать окончание по аналогии слова «тетрод»), тогда, наверное, будет - «Магнетет» (ну это так… отступление, не в названии ведь суть… ).
Теперь, если мы эту сетку подключим к эмиттеру или, возможно, подадим на нее даже более отрицательный потенциал, чем у эмиттера на десяток вольт, то мы получим потенциальный барьер и за ним - потенциальную яму. С этой «ямы» электроны не должны вырваться! Эти параметры девайса нужно подобрать.
Изначально я исходил из того, чтобы электроны получили кинетическую энергию от «разгона» их в потенциальном электрическом поле, а потом их перенаправить в «другое русло», не «расходуя» потенциал анода.
Так вот, если подобрать режимы работы этого устройства так, что бы минимальная энергия электронов (движущихся в поле, и приближающихся к сетке) была немного больше созданного сеткой и эмиттером нашего устройства потенциального барьера.
Тогда электроны смогут преодолеть этот барьер. На это они затратят часть своей энергии, и попадут в потенциальную яму, с которой «выбраться» и попасть на анод они уже не смогут – сетка их отталкивает к эмиттеру, а кинетической энергии у них уже не хватает на ее преодоление.
Анод находится «далеко» от эмиттера, а сетка очень близко. Поэтому на сетке может быть очень небольшой отрицательный потенциал, относительно эмиттера. Это немного аналогично принципу триода – небольшим потенциалом на управляющей сетке (она находится тоже очень близко возле катода) управляют большим током анода.
Тогда это электронное облако, которое скопилось между сеткой и эмиттером создаст на эмиттере отрицательный потенциал и через эмиттер и нагрузку этот потенциал будет постепенно «рассасываться», а вновь попавшие электроны в эту «яму» будут поддерживать напряжение на эмиттере, и тем самим поддерживать ток в нагрузке.
Для получения эффекта нужна будет тщательная установка режима работы.
Хотелось бы все это сначала просчитать математически, но у меня такой возможности нет (хотя я и «дружу» с математикой), но мне пришлось бы потратить много времени на все это.
Может здесь, присутствуют физики-математики, которые смогли бы все это вычислить? Ведь все «исходные данные» есть. Нужно задаться расстояниями между электродами, напряжениями на них и определить нужные режимы работы устройства и «процент» выхода полезной мощности.
А можно и еще проще. Построить "Магнетрид" без "Магне". Берется простой триод.
Первый такт. На управляющей сетке минус. На аноде плюс. Лампа заперта.
Второй такт. На сетке 0 вольт. На аноде большой плюс. Происходит разгон электронов из области катод- сетка в направлении анода.
Третий такт. На сетку подается большой минус. На аноде напряжение 0 вольт. В этом такте, несмотря на отсутствие напряжения на аноде, предварительно разогнанные анодным напряжением электроны все же на него попадают. Этому способствует большой минус на сетке, который "вталкивает" электроны в анод. Возможно лучше применить не триод а тетрод, а сетки соеденить (ибо плотность второй сетки существенно выше). Остается подобрать время импульсов генератора, который обеспечивает соответствующим напряженим в виде меандра (или прямоугольным сигналом с другой скважностью) анод и сетку. Очевидно длительность импульса равна или меньше времени пролета электронами области сетка- анод. А рабочий ток, если достигнет какой нибудь ощутимой величины - снимать в течении третьего такта с цепи анод катод.
С уважением.
mibor,
Идея интересная, вот только время пролета электронов очень маленькое... это должны быть частоты порядка несколько ГГц. А нам не под силу проводить такие эксперименты на таких частотах, да еще и ведь нужны прямоугольники, да еще и с определенным фазовым сдвигом... :cry:
Да и емкостя анода и сеток на таких частотах "сожрут" немало мощности управляющих сигналов.
Туннельный эффект - это когда электроны преодолевают барьер с меньшей энергией чем для этого необходимо.
В лампах туннелирование происходит при напряженности около 3 мегавольт на сантиметр. Такую напряженность ДОЛГОВРЕМЕННО получить невозможно, так как плазменный пробой произойдет гораздо раньше. Выход - использовать короткие импульсы, при которых обычный пробой не успевает развиться. Месяц в этом направлении работы и вел.
По развитии в этом направлении я писал в "Проект "Ионизирующая антенна"".
Другой вариант -в полупроводниковых туннельных диодах, там расстояние между анодом и катодом просто микроскопическое, благодаря чему вероятно и становится возможным добиться такой высокой напряженности на сантиметр при очень низком напряжении.
Sergh,
Про туннельный эффект мной было впомнено только для аналогии. По любому тунельный переход это некоторый преодолеваемый барьер, который могут преодолеть только электроны с достаточной для этого энергией, если энергии не будет достаточно, туннелирования не будет.
А внашем случая электровакуумная техника, там никакого туннелирования не нужно! Нужно создать перед эмиттером потенциальный барьер... выше я ведь все описал.
NNN, согласен с Вами и лампа должна быть очень старая (суперстар`ая) где расстояния между электродами в мм. Или может и не очень старая, зато генераторная.. :roll:
С электродными емкостями.. :roll:
Этот процесс в идеале происходит на прямоугольных сигналах, а реально это могут быть два синуса с определенным сдвигом фаз. А если вернуть назад магнитное поле в Магнетрид то оно может существенно увеличить время пролета (при соответствующей конструкции этого девайса) области сетка- анод. Тем самым понизив рабочии частоты.
С уважением.
mibor,
Вот если "вернуть поле", то можно заставить двигаться электроны по очень "сжатым" спиралям, это, действительно может увеличить время пролета на несколько порядков.
Вот тогда можно подумать и о динамическом варианте.
Нужно сначала расчитать.
Но тут палка в двух концах, если закрутим электроны в спираль, и увеличим время пролета, то и настолько же уменьшиться их скорость подлета к аноду. А скорость их это энергия, а будет мала скорость, будет и слабый эффект.
Sergh,
Про туннельный эффект мной было впомнено только для аналогии. По любому тунельный переход это некоторый преодолеваемый барьер, который могут преодолеть только электроны с достаточной для этого энергией, если энергии не будет достаточно, туннелирования не будет.
Туннельный эффект - это не барьер а его отсутствие. Электроны преодолевают его с недостаточной энергией.
Представьте что постоянный ток каким-то загадочным образом течет через диэлектрик.
Каким образом электроны проникают через барьер при туннелировании - никто толком не знает.
Sergh,Да я понимаю, что это как бы виртуальная "дырка" в заборе, через которую они и просачиваются (а не прыгают через него), хотя на самом деле этой "дырки" нет.
Вы хотите сказать, что на туннелирование (что бы пролезть электронам в эту несуществующую "дырку"), им совсем не нужно тратить никакой энергии?
Туннелируют, наверное, ведь не все электроны, а только какая то часть.
Да ладно с туннелированием, пока о нем разговор не идет, оно нужно будет на втором этапе, когда будем переносить этот механизм на твердотельную электронику.
А пока нужно разобраться и проверить на лампах.
Кстати, меня давно занимал вопрос про кинескоп. Устройство его всем известно и т.д. Второй анод (+25 кВ) выполнен в виде конуса, в узкий конец которого электроны влетают уже с нехилой скоростью, а дальше по инерции падают на люминофор! Он и сепаратор, я так полагаю, соединены также с вторым анодом, а кто заставляет их так соединять? Если пучок не будет попадать на второй анод, то и тока в нем не будет. Ну короче, та же идея.
С уважением.
_________________ И мню аз яко то имать быть, что сам себе всяк может учить.
Дествительно это так. Но сейчас в кинескопах люминофор экрана покрывают тонким слоем аллюмия (для предотвращения "прожига" люминофора тяжелыми ионами, они в нем "застряют" и не разрушают люминофор), и это алюминиевое покрытие, естественно имеет соединение со вторым анодом и имеет его потенциал.
В старых кинескопах, небыло этого покрытия, и там электронная пушка стояла под углом к экрану, а для выравнивания траектории электронов на горловине был надет магнит с определенной полярностью полюсов. Электроны отклонялись в магнитном поле и дальше двигались по оси кинескопа, а тяжелые ионы почти не отклонялись и летели в стекло колбы. Таким образом решили проблему "прожега" люминофора экрана в центре экрана, этими ионами.
Рекомендации о постановке эксперимента.
Только он может определить правильность идеи и целесообразность развивать ее дальше и тратить на это свое (и других) время.
Я пришел к выводу, что для начала нужно проверить, не ускорение и отклонение электронов в магнитном поле (это у меня не вызывает никаких сомнений, эффект магнетрона работает!), а возможность получить «полезный» потенциал на эмиттере и «пустить» его «во благо».
Суть идеи очень проста (и практически любой, здесь присутствующий, сможет ее проверить), это я сам собираюсь сделать в ближайшее время.
Конкретно:
Для проведения эксперимента я предлагаю найти «обычный» пентод, у которого третья (защитная) сетка не соединена с катодом, а имеет отдельны вывод, к примеру - 6Ж5П.
Этот пентод нужно включить следующим образом:
- первая, управляющая сетка «висит в воздухе» - это очень плохо!, для устранения различных наводок, настаиваю соединить ее с катодом
- вторая сетка (экранная) у нас она будет выступать в качестве «анода». На нее подаем положительный потенциал в сотню вольт, (конкретное значение не знаю – не расчитывал, придется менять).
- третья сетка защитная (я говорил, она должна быть не соединена с катодом и иметь отдельный вывод). Ее (для начала) соединяем с анодом лампы (у нас анод лампы, это будет эмиттер). Это для начала, а в дальнейшем (возможно придется) подать на нее небольшой отрицательный потенциал, по отношению к аноду лампы (нашему эмиттеру), это проще всего сделать, с помощью 2-3 пальчиковых батареек, чтобы не применять специально, гальванически развязанный источник питания..
-анод лампы у нас будет выступать в качестве эмиттера, и мы его подключаем к нагрузке, второй вывод нагрузки подключаем к катоду.
Схема готова!
Предупреждаю, в этом эксперименте мы не собираемся получить «избыточную» мощность. У нас цель другая, проверить наличие отрицательного потенциала на эмиттере (аноде лампы-пентода) и наличие тока в нагрузке, и его величину.
Потребляемую мощность второй сетки лампы (она у нас выступает в качестве «прозрачного» анода) мы не будем особо учитывать, хотя измерить ее не помешает (в дальнейшем ток анода нашего девайса будет сведен к минимуму с помощью эффекта магнетрона и защитной сетки эмиттера).
Результат:
- электроны будут ускоряться полем второй сетки, часть их «захватится» этой сеткой и возникнет сеточный ток, но часть их «пройдет» через эту сетку дальше (за счет кинетической энергии), и далее они преодолеют потенциальный барьер защитной сетки (если у них хватит энергии, она ведь имеет отрицательный потенциал) и попадут на эмиттер. А те, у которых энергии будет не достаточно, они вернутся на экранную сетку.
В этом случае, межу нашим эмиттером (анодом лампы) и третьей защитной сеткой появится облако электронов, и потенциал эмиттера станет отрицательным, по отношению к катоду, значит должен появиться ток в нагрузке.
Вот это необходимо проверить в первую очередь! И это не так уж и сложно.
Если это так, как я описал, то тогда пойдем дальше. А если нет, …… ну что ж, будем искать ….
Толпа - это хорошо! "Толпа" единодушно по кратчайшему расстоянию направилась к Аноду, но, к сожалению, на пути у "Толпы" оказалось ортогональное магнитное поле. "Толпе" ничего не осталось - как изменить направление (имея значительную кинетическую энергию) пришлось "врезаться" в абсолютно нейтральный металлический электрод. Вакуум, знаете ли - это не твердотельная электроника. Вам предлагали поучиться? Значит Вы сказали - не хотим!!!
_________________ Умер 22.09.2007 от остановки сердца.
После некотороых размышлений понял гениальность Вашей идеи. Но лучевой тетрод (из доступных ламп) наиболее подходит для экспериментов и сборки действующих образцов нового класса электронных устройств. Характеристики уж больно привлекательные. Над ними следует вплотную поработать.
).
- снимать в течении третьего такта с цепи анод катод. 
А нам не под силу проводить такие эксперименты на таких частотах, да еще и ведь нужны прямоугольники, да еще и с определенным фазовым сдвигом... :cry:
Именно это я и имел ввиду.
