Gitar ve ekipmanları yapımı

 
Kullanıcı avatarı
izzy
Yeni Kullanıcı
Başlık Yazar
Mesajlar: 3
Kayıt: 20 Mar 2017, 11:52

Elektron Lambası nedir?

17 Ara 2017, 22:15

Bu yazımızda; konuyu anlamak açısından gerekli bulduğum ön bilgilerden sonra tek tek lamba çeşitlerini anlatmaya çalışacağım. İlk olarak “elektron ve iyon nedir?” kısaca bir göz atmayı uygun buluyorum.

Elektron ve İyonlar
Elektron ve iyonlar elektrik yükü taşıyan çok küçük parçacıklardır. Bu parçacıklar bir elektrostatik alan içerisinde bulunduklarında bir kuvvet etkisi altında kalırlar. Negatif yüklü olan elektronlar pozitif elektrota (anot), pozitif yüklü iyonlar negatif elektrota(katot) doğru hareket ederler.Bu noktada kısaca elektrostatik alanı tanımlama gereği duyuyorum. Elektrostatik Alan; sabit iki yük arasındaki elektrik alandır.

Resim
Elektrik alan ise yükler arasındaki çekim kuvvettidir. Sanırım hemen hemen hepimiz coulomb kanunuliseden hatırlarız. Burada lambalardan bahsettiğimiz için bu yükler şekil.B1 ‘de kırmızı ve mavi renklerle gösterilen elektrotlar arasındaki sabit elektrik alan olmaktadır. Şekilde okla gösterilen alan çizgileri aynı zamanda elektrik akımının da yönüdür, elektronlar ise bu yönün tersine hareket eder. Yani basitçe söylersek; bu alanın içindeki elektron kırmızı elektrot olan anota doğru hareket eder.

Termoiyonik Emisyon 
Elektron lambalarında, serbest elektronlar “termoiyonik emisyon” yöntemi ile elde edilir. Termoiyonik emisyon; kısaca metallerin yüksek sıcaklıklara maruz bırakılıp son yörüngelerindeki elektronların serbest kalmasının sağlanmasıdır.


Yine lise bilgilerinden hatırlarız, kimya öğretmenleri şöyle söyler; atomlar son yörüngelerindeki elektron sayısını sekiz yapma eğilimindedir. Bahsi geçen atom son yörüngesinde dörtten az elektrona sahipse bu elektronlar koparak, sekiz elektronlu bir önceki yörünge son yörünge olur. Metallerin atom yapısı da bu şekildedir. Zaten metalin elektriksel iletkenliği, metalin yapısında ki herhangi bir moleküle bağlı olmayan bu elektronların bulunması sonucudur. Metallerin yapsındaki bu elektronların normal koşullarda dış yüzeyden dışarı kaçmaları mümkün değildir. Zira bu son yörüngedeki elektronları yörüngede tutan bir kuvvet vardır. Ancak bu elektronların kinetik enerjisi çekim kuvvetini geçtiğinde bu elektronlar serbest kalabilir. Metal ısıtıldığında yapısındaki serbest elektronların kinetik enerjisi artar ve çok sayıda bağımsız elektron metal yüzeyinden çıkabilmek için gerekli kinetik enerjiyi kazanmış olur. Bir iletkenin sıcaklığını yükseltmek yoluyla yüzeyinden bağımsız elektron çıkmasını sağlayan bu olaya termoiyonik emisyon denir. Ayrıca bu tüplere lamba dememizin sebebi de, tüpün lamba gibi görünmesine sebep olan bu ısıtıcı filamanlardır.Isıtıcı filaman katotu ısıtır, katot yüzeyinden bağımsız elektronlar çıkar, dışarı çıkan elektronlar anota doğru harekete geçer. Lamba basitçe bu mantıkta çalışmaktadır. Ayrıca lambaların içinde gördüğümüz mavi ışık hüzmeleri akan elektronlardır.

Diyot Elektron Lambası

Resim
Termoiyonik emisyon yolu ile emisyon yapan bir katot ve bu katodu çevreleyen bir anottan oluşan iki elektrotlu lambadır. Katodun içinde emisyonu sağlamak için bir ısıtıcı filaman bulunur ve tüm bu yapılarvakumlu bir cam tüpün içindedir. İki elektrotlu olması sebebi ile Latincede iki demek olan “di” kelimesinden türetilerek diyot denmiştir. Bu tip lambada anot, katoda göre pozitif gerilimde olduğunda; katottan çıkan elektronlar anot tarafından çekilir ve böylece katottan anota elektron akışı diğer bir değişle anottan katota akım oluşur. Anot, katoda göre negatif gerilimde olduğunda; elektronlar negatif yük tarafından çekilemeyeceğinden, anot elektronları çekmez ve lamba üzerinden akım geçmez. Yani diyot elektron lambaları, tek yönlü akım geçiren bir devre elemanıdır. Bu sebeple“rectifier”diye bildiğimiz doğrultucu devrelerinde, alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çevirmek amacı ile kullanılırlar. Tabiki başka amaçlarla da kullanılmaktalar fakatkonumuz dışında olduğundan o kısma değinmiyoruz.

Aşağıdaki resimlerde gitar amplilerinde sıkça kullanılan diyot lambaları görmekteyiz. Bu lambalar içerisinde bir çift diyot yapı bulundurmakta, bu sebeple 2 lamba ile tam dalga doğrultucu yapılabilmektedir.“Mesa Dual Rectifier”amplilerinin doğurtucu devresi buna iyi bir örnek olacaktır diye düşünmekteyim.

Resim

Triyot Lambalar

Diyot lambaların nasıl çalıştıklarını yukarıda anlattık. Özetlersek ; akım flamandan geçerek, katodu ısıtır ve katottan elektron saçılmasını sağlar. Anodun oluşturduğu pozitif elektrostatik alan içine giren elektronlar anoda akar. Triyot lambalarda ise anot ile katot arasında bulunan, katoda göre eksi yüklü ızgara, akan elektronların bir kısmını geri yönlendirerek akımı kontrol eder. Bir triyot lambanın davranışı yüzeysel olarak bu şekildedir. Tabi ki tek yükseltici lamba çeşidi triyot değil fakat çok elektrotlu lambaları anlamak için, öncelikle triyot ve karakteristiğinin iyi biçimde anlaşılması gerekmektedir.

Karakteristik

Anot eğrileri lamba davranışı hakkındaki bilgiyi içerir. Anot akımı ile anot gerilimi ve ızgara gerilimi arasındaki fonksiyon; lambanın anot karakteristiği şeklinde ifade edilir. Ses frekans lambaları için olan bu eğriler genelde sadece anodun pozitif, ızgaranın ise negatif olduğu kısmın karakteristiğini göstermelerine rağmen radyo vericileri için kullanılan lambalarda ızgaranın pozitif olması hatta anodun negatif olması bile mümkündür. Ama ses frekans devreleri bu noktalarda çalıştırılmadıklarından, bu karakteristiklerin bilinmesi gerekmemektedir.

Resim
ECC83 Anot Karakteristiği
Resim
Transfer Karakteristiği

Lamba kataloglarında rastlayacağımız diğer bir karakteristik ise “transfer karakteristiğidir. Şekil 2 de görüldüğü gibi; anot akımı ile ızgara gerilimi arasındaki fonksiyonu, farklı anot gerilimlerindeki eğri aileleri ile ifade eder. Ayrıca farklı durumlarda akım ile dinamik anot direnci veya iletkenlik arasındaki ilişkiyi gösteren eğriler de çizilebilir. Fakat bunlar farklı karakteristikler değil, sadece verileri farklı bakış açıları ile inceleyip, amaca odaklanmayı kolaylaştıran, özünde aynı karakteristiği ifade eden grafiklerdir.

Bu noktada karşımıza çıkan diğer bir konu ise; ideal yükselticilerde, eğriler yerine onlara paralel olan doğrular karakteristiği gösterir, çünkü ideal durumda lamba lineer(doğrusal) çalışır. Pratikte ise ne yazık ki ideal eleman yoktur ve bu durum transfer fonksiyonlarının karmaşıklaşmasına sebebiyet verir. Doğrusallık üzerine takıntılı olan ses elektroniği dünyası için bu durum ayrıca önemlidir. Çünkü doğrusal olmayan transfer fonksiyonunun sebep olduğu hataları filtreleyebilen devreler(akort devreleri) olduğundan ve gözün bu durumları algılayamaması sebebi ile, Radyo Frekans ve Video gibi diğer elektronik dalları için bu durum dramatik bir öneme sahip değildir. Sadece kulak bu küçük hataları fark edebilir. Bu sebeple en ilkel ses amfilerinde dahi harmonik distorsiyonun %5 altında olması hedeflenir.
Vakum içindeki biri emisyon yapan katot, diğeri pozitif gerilime sahip anot olmak üzere(diyot lamba) iki elektrot arasındaki oluşan akımın bağıntılarını Child kanunu açıklar. Özellikle aktif bölgede (akımın yüksek olduğu ve ızgara voltajının sıfıra yakın olduğu) anot akımı ile anot gerilimi arasındaki bağıntı bu denklemlerle oldukça yüksek doğrulukta açıklanabilir. Kritik noktalarda dahi lambalar, doğrusallığa transistörlerden daha yakındırlar. Yine de kritik noktalara yaklaştıkça bu kanun geçerliliğini yitirmeye başlar. Bu noktalardaki karakteristik, genel karakteristikten oldukça farklıdır ve bu distorsiyona sebep olur. Bu sonuçlar lambanın tasarımına göre farklılıklar gösterir, daha sonra bunun sebeplerini daha yakından inceleyeceğiz.
Bu bölümde, triyot lamba tasarımındaki gerçekler, triyot lambaların yapısı ve çalışma şekillerine göz atacağız.

Termiyonik emisyon

Tüm lamba operasyonlarının altında yatan gerçek ısıtılan herhangi bir metalin elektron yaymasıdır. Yayılan elektron sayısı ve hızı, mutlak sıfırdan(-273) uzaklaşan bir sıcaklık ile artış gösterir. Emisyonu anlamak için, metalin içinde neler olduğuna daha yakından bakalım;
Metal atomları kararlı hale geçmek için son yörüngelerindeki elektronları vermeye eğilimlidirler, yani kolayca koparılabilecek bağımsız elektronlar bulundururlar, bir üst enerji seviyesi ise kristal yapı içerisinde sabit durumdadır, ve buradan elektron koparmak oldukça zordur. Son yörüngedeki bu elektron denizi tüm metallerde ortaktır ve metallerin, iletkenlik gibi bilinen karakteristiklerini açıklamasıdır.
Elektronlar bağı koptuktan sonra, gaz molekülleri gibi sürekli bir hareket halindedir. Hareket halindeki elektronların ortalama hızları ise sıcaklık ile artış gösterir, çünkü atomdan saçılan her elektron aynı hıza sahip olmasa da elbette termodinamik yasalarla çelişmez.
Son yörüngedeki metalin yüzeyine doğru hareket eden diğer elektron, doğal olarak geri dönmeye eğilimlidir. Çünkü elektron kaybetmiş metal atomları pozitif yüklüdür ve elektronun metal yüzeyinden dışarıya ayrılmasına izin vermez. Metalin yüzeyine doğru yaklaşan elektron yavaşlamaya başlar ve sonuçta ancak yeterli enerjiye sahip ise metal yüzeyinden ayrılabilir. Metalden elektron koparmak için gerekli olan bu enerjiye “iş fonksiyonu” denir ve metalden metale değişiklik gösterir.
Bu enerji doğrudan elektronun hızı ile ilgilidir ve hareket kanunu ile hesaplanabilir.

E=1/2 mV²
  • m: kütle (kilogram)
  • v: hız (m/s)
  • E: enerji (joule)

Bu durumda elektronun kütlesinin yaklaşık olarak 10-30 kg olmaktadır. Enerji birimi ise normalde Joule’ dur, fakat bu değer elektronlar için çok büyük olduğundan, onun yerine “elektron-volt” (eV) kullanılır. Bir eV elektronun, boşlukta, bir voltluk elektrostatik potansiyel farkı kat ederek kazandığı kinetik enerji miktarıdır. Bu enerji yaklaşık 1,6×10-19 Joule değerine eşittir ve bu da 800.000 m/s hıza eşittir.
İş fonksiyonu metallerin enerjisini eV cinsinden ifade eder. Bu değer tungsten için 4,5 eV’ dur. Eğer herhangi bir elektron bu enerjiden daha düşük bir enerjiye sahip ise, tungsten elektrot yüzeyinden ayrılamaz, ama elektrik alan tarafından tutulsa da yüzeye yakın bir yerde hareketine devam eder. Elektron yüzeyden ayrılması ise akım oluşturur ve bu akım ‘Dushmann eşitliği’ ile hesaplanır ;

J=A.T². e^(-w/kT)
  • J: akım yoğunluğu (Amper/m2)
  • T: metalin sıcaklığı (Kelvin)
  • K: Boltzman sabiti
  • A:Richardson sabiti
  • w:Elektron yayan metal için iş fonksiyonu (eV)

Formülde sabitler yerine konursa ;
J=1201,73.10³.T².e^(-11604.w/T)


Dikkat edilirse bu denklemde sıcaklığın üstel olduğu görülecektir. Bu şu anlama gelmektedir ; emisyon başlangıç sıcaklık değerine ulaştığında ani bir şekilde yükselir. Şekil 3’ te farklı yapıdaki filamanların emisyon fonksiyonunu görmektesiniz. Görüldüğü gibi belirli bir değerden sonra, sıcaklıktaki küçük yüzdelik değişimler dahi, akım üzerinde büyük artışlara sebep olmaktadır.
Diğer önemli etki ise katodun malzemesidir. Birçok malzeme denenmesine rağmen en çok kullanılan üç tip katot bulunmaktadır.


Tungsten Katot: İlk nesil lambalarda katotlar saf tungstenden yapılmaktaydı. Emisyon için çok daha uygun, iş fonksiyonu daha düşük metaller bulunmasına rağmen tungsten kullanılmasının sebebi, erime noktasının yüksek olmasıdır. Erime noktası 3695°K olan tungsten, akkor filamanlı lambalarda olduğu gibi 2700°C sıcaklıkta rahatlıkla çalışabilmesine rağmen, yüksek iş fonksiyonu sebebi ile emisyon için daha fazla ısıya ihtiyaç duyar, dolayısıyla daha fazla enerji tüketir. Bu dezavantajlar tasarımcıları farklı malzemeler denemeye itmiştir. Nitekim bir süre sonra toryum ile kaplanan tungstenin iş fonksiyonu değerinin 2,6 eV civarına kadar düştüğü keşfedilmiştir. Bu ciddi oranda emisyon verimi artışı anlamına gelmektedir. Buna rağmen çok yüksek voltajlı uygulamalarda hala tungsten katotlu lambalar kullanılmaktadır.

Toryumlu Tungsten Katot: Tungsten, karbon gibi indirgen bir madde ve %1-2 oranında toryum oksit ile işlem gördüğünde toryumlu tungsten elde edilir. Bu cins katotlar gerektiği gibi aktive edildiğinde, saf tungstene göre 500-600°K kadar daha düşük sıcaklıklarda iyi bir elektron emisyonu yapar. Tungsten üzerine hesaplanmış olan bir molekül kalınlığındaki toryumun yüzey çekimi, saf tungstenin yüzey çekiminden daha az olduğundan yüzeyden dışarı sıçramak isteyen elektronlar, tungstenin yüzeyinden sıçrayan elektronlara göre daha az iş yaparlar, böylece daha az enerji ile daha çok emisyon yapılır.



Resim


Şekil 3. Emisyon




Oksit Kaplı katot: En son teknoloji katot üretim yöntemi diyebiliriz ve bugün amfilerimizde kullandığımız neredeyse tüm lambaların katotları bu tip katotlardır. Nikel veya nikel alaşımlarının yüzeylerine baryum oksit ve stronsiyum oksit karışımı kaplanarak yapılır. Diğer tip katotlara oranla çok dahi iyi elektron emisyonu yapabilmektedir, dolayısıyla emisyon verimleri çok yüksektir ve hemen hemen her tip lambada kullanılabilmektedirler. Oksit tabakası gerçekte N tipi bir yarı iletken gibi davranır elektronları boşluğa taşır. Bu sebeple elektron sıçraması için gereken enerji daha düşüktür 1,1 eV iş fonksiyonu değerine sahiptir. Fakat yüzeyi zehirli ve kırılgandır. Pozitif yüklü iyon bombardımanında kolayca bozulur, bu sebeple çok iyi vakumlanmaları ve mekanik darbelerden korunmaları gerekir. Genelde anot gerilimi birkaç bin voltu geçmeyen lambalarda tercih edilir.

Tungsten ve toryumlu tungsten katotların aksine, oksit kaplı katotlar endirekt ısıtmaya sahiptir. Silindirik biçimlidir ve ısıtılması, silindir içine yerleştirilmiş bir flaman üzerinden akım geçirilerek yapılır.

Fiziksel Yapı

Yıllar boyunca birçok farklı tipte katot(veya filaman), kontrol ızgarası ve anot üretilmiş ve denenmiştir. Fakat burada endirekt ısıtmalı lambalara yoğunlaşacağız, zira gitar ve ses amfilerinde kullandığımız lambaların hemen hepsi bu tip katotlara sahip. Yine de en yaygın kullanılmış ve kullanılanlarına kısaca değinmek istiyorum.
Katot Yapıları: Yukarıda katot malzemelerinden bahsetmiştik. Yapı olarak ise; direkt ısıtmalı ve endirekt ısıtmalı olmak üzere temel olarak iki tip katot yapısı bulunmaktadır.

Resim

Şekil 4. Katot Yapıları


Tungsten ve toryumlu tungsten katotlar genellikle bir flaman biçiminde olur ve üzerlerinden elektrik akımı geçirilerek ısıtılırlar. Bu tip katotlara direkt ısıtmalı katot denir.
Oksit kaplı katotlar ise silindirik biçimlidir ve ısıtılması, silindir içine yerleştirilmiş bir flaman üzerinden akım geçirilerek yapılır. Bu tip lambalarda ısıtıcı ve katot elektriksel olarak izole edilmiştir. Bu yapıdaki katoda ise endirekt ısıtmalı katot denir.
1930’ lu yıllarda kullanılmaya başlanan bu tip katotların tek dezavantajı verimlerinin daha düşük olmasıdır. Bu sebeple yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyan tungsten ve toryumlu tungsten katotlarda hala direkt ısıtmalı katotlar kullanılmaktadır. Şekil 4a direkt ısıtmalı, Şekil 4b endirekt ısıtmalı katot olmak üzere Şekil 4’ te katot yapıları görülmektedir.
Oksit kaplı katotlar, tungsten katotların aksine genelde endirekt ısıtmaya sahiptir demiştik. Fakat istisnalar bulunmaktadır. Oksit kaplı ve direkt ısıtmalı katoda sahip en çok bilinen lamba, bugün de sıkça kullanılan 300B güç lambasıdır.
Dikkat edilmesi gereken diğer nokta ise katot içinde ısıtıcı için çok küçük boşluk bulunması gerçeğidir. Bu tabi ki izolasyon kalınlığının da çok ince yapılması zorunluluğunu doğurarak izolasyon gerilim limitinin düşük olmasına sebebiyet verir. Tipik olarak katot ve ısıtıcı arasında 100-200 V gibi bir izolasyon gerilimi bulunmaktadır. Bu potansiyel farkın aşılması izolasyonun delinmesine ve lambanın arıza yapmasına sebep olur. Hatta düşük potansiyel farklarda dahi, ızgara ve ısıtıcı arasında bir kapasite oluşur. Ayrıca ısıtıcının AC ile beslenmesi, besleme frekansına eşit bir gürültü(Hum) oluşmasına sebebiyet verecektir.

Izgara Yapıları: Kumanda ızgarası veya kontrol ızgarası diye isimlendirilen anot ve katot arasında bulunarak, elektron akışını kontrol eden, lambanın çalışması ile ilgili parametrelere doğrudan tesir eden ve diyot lambaya eklenerek triyot lambayı oluşturmuş bu elektrotlar alışılmış ızgara yapısı ve çerçeve ızgara yapısı olmak üzere iki farklı yapıda üretilmekteydi. Üretilmekteydi diyorum çünkü günümüzde maalesef çerçeve ızgara yapısı ile lamba üreten fabrika kalmadı.
Alışılmış ızgara yapısı, genellikle nikel olan iki rot arasına, bir kalıp üzerinde spiral şeklinde sarılan tellerde oluşur, sarılan tel rotun dış tarafındaki oluklardan geçer sonra tellerin rot üzerindeki kısmı lehimlenir. Kullanılan telin çapı genellikle 0,02 mm’ nin üzerindedir.
Çerçeve ızgara yapısı ise adından da anlaşılacağı gibi genellikle sert bir metal olan molibden bir çerçevenin üzerine ızgara telleri sarılır ve çerçeveye sabitlenir. Çerçeveye sabitlerken sırlama ve altın lehim olmak üzere iki yöntem kullanılır. Altın lehim işlemi sırasında sıcaklık 1070°C’ a çıkar. Sırlama yönteminde ise 700°C işlem sıcaklığıdır, dolayısıyla sırlama yönteminde tungsten teller ve molibden arasındaki genleşme farkı daha az olur ve oda sıcaklığına dönüldüğünde daha gergin bir ızgara elde edilebilir. Bu önemlidir çünkü daha gergin teller daha yüksek rezonans frekansı demektir. Bu sayede titreşimden ve mekanik darbelerden dolayı oluşan gürültü seviyesi düşecektir. Test sonuçları bu yöntemle rezonans frekansının %25 kadar arttığını göstermektedir. Sırlama işleminden sonra, ızgara tellerinin termiyonik emisyon yapmasını engellemek altın kaplama işlemi yapılır. Bu gereklidir çünkü sıcak katoda oldukça yakın konumlanmış bir ızgaranın termiyonik emisyon yapması olağandır ve engellenmesi gerekmektedir.
Çerçeve ızgara tipi, geleneksel ızgara tiplerine göre bir çok konuda avantaj sağlar. Kısaca bahsedersek; çerçeve üzerindeki teller sabit olduğundan kalıp ile şekil verilme ihtiyacı ortadan kalkar ve tolerans en alt seviyeye kadar düşer, böylece lambanın karakteristiği, bir diğerine ve katalogda belirtilen değerlere çok yakın olur. Ayrıca yukarda söylediğimiz gibi teller çerçeve üzerinde gergin bir şekilde sabit olduğundan, mikrofonik gürültü alt seviyededir. Tel çapı 0,007 mm’ ye kadar düşürülebilir, böylece daha ince olan tellerden oluşan ızgara, lambaya yüksek geçiş iletkenliği (transconductance) sağlar. Geleneksel ızgaralarda teller gergin olmadığından ızgara ile katot arası mesafe toleransı yüksektir ve bu lambanın elektriksel karakteristiğini doğrudan etkiler. Katot ile ızgara arasındaki mesafe %10 değiştiğinde, alan akımı % 4, geçiş iletkenliği ise %14 değişir. Ve bu mesafenin mikrometreler mertebesinde olması ızgara yapımındaki toleransın ne kadar önemli olduğunu göstermektedir. Şekil 5’ te en üstteki geleneksel ızgara olmak üzere, ızgara çeşitleri görülmektedir.

Resim
Şekil 5. Izgara Yapıları

Anot Yapıları: Lamba içerisinde kullanılan birçok metal nikeldir. Bunun ilk sebebi yüksek erime noktasıdır. Örneğin bakır bu uygulama için oldukça elverişsizdir, çünkü yumuşak ve erime noktası düşük olan bir metaldir. Diğer sebebi ise nikelin oksitlenmeye karşı dayanıklılığıdır. Nikel yüzeyine çok fazla oksit ihtiva etmez. Bu önemlidir çünkü yüzeyinde oksit tutan bir metal, lamba içerisinde bu gazı salar ve vakum kalitesini düşürür. Bu sebeple nikel lamba parçaları için uygun bir metaldir. Anot için ise karartılmış nikel en uygundur. Çünkü karartılmış yüzeyli olan ısı yayma konusunda açık renkli olanlara göre çok daha etkilidir. Anodun ısınmasını engellemenin tek yolu ısının yüzeyinde yayılarak kendi kendini soğutmasıdır ve bu lambanın üreteceği güç limitini belirleyen faktörlerden biridir. Bu sebeple güç lambalarında anotlar geniş bir yüzeye sahiptir, hatta bazı küçük sinyal lambalarında dahi yüzey alanını arttırmak için anot girintili çıkıntılı şekilde yapılmaktadır.
Genel Yapı
Genel yapı olarak en yaygın üç tip lamba vardır. Şekil 6a’ da görülen silindirik yapı; anot, katot ve ızgaranın iç içe geçmiş silindirler olarak yer aldığı lamba tipidir. 1930’ lardan sonra bu yapı oldukça nadir kullanılmıştır, çünkü yapımı daha maliyetlidir. Fakat günümüzde dahil olmak üzere lamba diyotlar genelde bu yapıdadır. Izgara sert, şeklini kaybetmeyecek bir telden spiral şeklinde sarılır ve genelde 2 pim ile sabitlenir.
Diğer bir yapı ise şekil 6b’ de görülen 6AS7 gibi güç lambalarında kullanılan dikdörtgensel yapıdır. Flaman katotlu lambalarda ise bu yapıdaki en bilindik örnek 300B güç triyotudur. Bu yapıda da ızgara iki dikey pim ile desteklenir, fakat ızgara düz yapıdadır yalnızca köşelerde hafif oval bir şekil alır.
Resim

Şekil 6. Genel Yapı

Şekil 6c’ de görülen yapı ise ilk iki yapının karşımı niteliğindedir. Izgara ve anot düz yapıda, katot ise silindir şeklindedir. ECC ailesi (12AX7, 12AU7, 12AT7 vs…) ve 6SN7 gibi küçük lambalar için en yaygın olarak kullanılan yapıdır. Aslında lamba yapılarının bir çok çeşidi vardır ve geometrik yapı doğrudan lambanın karakteristiğini etkiler, bu sebeple yıllarca yapılan denemeler ve tecrübeler ışığında bazı yapılar vazgeçilmez, bazıları ise yok olmuştur. Örneğin eliptik anot ve katot yapıları geçmişte sıkça kullanılmıştır fakat bu yapıdaki lambalar istikrarsız operasyonları sebebiyle, ses uygulamaları için uygun bulunmamış, ve dikdörtgensel yapı tercih edilmiştir.

Resim
Şekil 7: ECC83 iç yapısı

 
Lamba tasarımında bir diğer nokta katot ile ızgara arasındaki mesafedir. Belki de tasarımın en zorlayıcı noktasıdır çünkü ızgaranın katoda olabildiğince yakın konumlanması uygundur. Bu mesafe lamba iletkenliğini etkileyen en önemli faktörlerden biridir ve bir çok uygulama için yüksek iletkenlik amaçlanır. Bu noktada bazı mekanik sınırlar ve problemler ortaya çıkmaktadır. Katot ve ızgaranın çok yakın olduğu lambalarda göz ardı edilen küçük toleranslar, lamba karakteristiğinde büyük değişimlere sebep olur ve aynı model olmasına rağmen, her bir lamba davranışı diğerinden öngörülemez şekilde farklı olur. Eğer ızgara katoda çok yakın ise, temas riski vardır ve sonuç felaket olur. Diğer yandan eğer mesafe ızgara telleri arasındaki mesafeden az ise lamba performansını öngörmek oldukça güçleşir ve sonuç daha da dramatikleşebilir. Daha önce bahsettiğimiz gibi ızgara tellerinin gergin olması bu toleransları en aza indirir. Ayrıca elektrotlar arasındaki mesafenin çok kısa olması ve lamba geometrisinin elektriksel karakteristik üzerindeki yüksek etkisi sebebi ile elektrotlar pimler ile mikadan yapılmış bir disk üzerine yerleştirilir. Bu disklerin mika olmasın sebebi, mikanın yüksek ısı dayanıklılığı, kolay işlenebilir oluşu ve vakum dostu olmasıdır.
Uzay yükü ve Akım
Uzay yükü terimi elektronların elektrotlar arasında akarken geçen zamanda oluşturduğu negatif elektrik yükü şeklinde tanımlanır. Eğer soğuk lambaya anot voltajı uygulanırsa, anot ile katot arasında bir elektrik alan oluşur, iki elektrot arasındaki bu alan voltaj artışı ile lineer olarak artar. Eğer katot ısıtılır da elektron emisyonu başlarsa elektronlar negatif yüklü olmaları sebebi kendi durumlarını değiştirler. Yükleri çok küçük olmalarına rağmen(1,602×10-19 Cloumb), bir çoğu, elektrotlar arasındaki elektrik alana kapılırlar. Bu modelleme “Child-Langmuir Kanunu” olarak bilinir. Elektron akışı başladığında, elektronların negatif yükü anot ve katot arasındaki alanda elektrostatik alanı değiştirirler, bu sebeple elektrik alan artık, gerilim artışı ile lineer olarak artış göstermez.
Child-Langmuir Yasası
Elektron sayısı akım akışına bağlıdır, yüksek akım daha fazla elektron ve daha fazla negatif yük demektir. Artan akım negatif yüklü parçacıklar olan elektronları anoda çeken kuvveti, elektrotlar dengeye ulaşıncaya kadar, zayıflatır. Dengeye ulaşıldığı noktada katot yüzeyindeki etkili olan elektrostatik kuvvet sıfır olur. Fakat elektronlar katottan uzaklaştıkça hızlanırlar. Bunun sebebi katottan uzaklaştıkça elektrostatik kuvvetin artmasıdır. Bu durum şu şekilde düşünülür ise daha kolay anlaşılacaktır. Katot yüzeyinde çok fazla elektron vardır, yani bir trafik sıkışıklığı olarak düşünülebilir. Katottan uzaklaştıkça trafik rahatlar ve araçların yani elektronların hızı artar. Bu durumun matematiksel ifadesi şu şekildedir;
Poisson eşitliğinde ( ∇2V=-ρ/εo  ) gerekli düzenlemeler yapıldığında;
J=(4/9).εo.(-2q/m)½.V^(3/2).d^(-2)
Sadeleştirirsek, elektronlar için;
I=(2,334.10^(-3).A.V^(3/2))/d²
  • I= Akım (mA)
  • V= Anot ve katot arası potansiyel fark (Volt)
  • A= Katot alanı (mm2)
  • d= Katot ve anot arası mesafe(mm)

-Bu formül akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi açıklayan 3/2 kanunu olarak da bilinir ve gerçek durumun sadeleştirilmiş halidir.
-Bu yasaya göre akım, katodun hemen çevresinde oluşan alana bağlıdır. Akım oluşması için bu alan, uzay yüküne eşit olmalıdır, fakat elektron akışını sağlayan bu alanın elektron hızının büyüklüğünde etkisi yoktur.
-Dikkat edilirse akımın, elektrotlar arası mesafenin karesi ile ters orantılı olduğu görülecektir. Bu, lamba tasarımında anot ile katot arası mesafe mümkün olduğu kadar kısa tutulmaya çalışılmasının en önemli sebebidir.
-Yasa aslında sonsuz uzunlukta düz elektrotlardan oluşmuş bir sistemi temsil eder, fakat gerçekte tabi ki elektrotlar hiç te uzun değildirler, ama pratikte bu durumun göreceli olarak küçük bir etkisi bulunmaktadır. Dolayısıyla bu eşitlik silindirik elektrotlar da dahil her tipte elektrot biçimini kapsayacak şekilde doğru sonuçlar vermektedir.
Doyum
Katot tarafından yayılan elektronların çoğu normal şartlarda anoda akamaz. Oksit katotların emisyonu 0.5 A/cm2 üzerindedir, fakat güç lambalarında dahi emisyo3n ile akan akım arasında en az 10 kat fark vardır. Bu fark gerilim amplilerinde kullanılan lambalarda çok daha fazladır. Bir 12AX7 üzerinden, tipik çalışma şartlarında yalnızca 1,2 mA akım akması herhalde olayı en iyi açıklayan örneklerden biri olacaktır.
Eğer emisyon ile açığa çıkan elektronların tamamı anot tarafına geçseydi; lamba, anot akımının anot gerilimden bağımsız olması, triyot lambalarda ızgaranın aşırı akımı daha fazla kontrol edememesi gibi tamamen farklı karakteristiklere sahip olurdu. Termal doyum adı verilen bu şartlar altında uzay yükü yeterince güçlü olmadığı anda, anodun oluşturduğu alan etkisi tamamıyla katot üzerinde hissedilir. Gerçekte anot akımı anot gerilimi ile düşük miktarda artar, özellikle oksit katotlarda yükselen alan gücü, katot yüzeyinden fermi enerji seviyesindeki daha fazla elektronun kaçmasına sebep olur. Buna Schottky etkisi denir. Katot yüzeyinde açığa çıkan daha fazla elektron anot geriliminin artışı ile artan alanın akımı arttırması baskılanmış olur.
 
Kullanıcı avatarı
dingdongdaddy
Site Admin
Mesajlar: 480
Kayıt: 08 Ara 2016, 23:50
Konum: Ankara

Re: Elektron Lambası nedir?

18 Ara 2017, 12:42

izzy çılgın olmuş bu, eline sağlık.
 
Kullanıcı avatarı
hackeiommi
Kayıtlı Kullanıcı
Mesajlar: 133
Kayıt: 19 Ara 2016, 17:15

Re: Elektron Lambası nedir?

10 Mar 2018, 20:49

Saygı duruşuna geçtim okuyunca.