Учебно-наглядные пособия на лампах с холодным катодом

С помощью зажигающихся в определенной последовательности газонаполненных тиратронов с холодным катодом можно на схемах, макетах, плакатах, картах имитировать движение, подчеркивать последовательность явлений, наглядно иллюстрировать очередность операций технологического процесса.

Рассмотрим принцип работы светодинамических устройств на примере настенного макета, иллюстрирующего строение атома (рис. 1). Это учебное пособие имитирует движение двух электронов по трем орбитам, показывает их переход с одной орбиты на другую, а также демонстрирует моменты поглощения и излучения квантов энергии.

За лицевой панелью макета вдоль рисунка орбит расположены две цепочки ламп МТХ90 (или ТХ18А), торцы которых вставлены в отверстия на панели. Движение электронов имитируется тем, что эти лампы зажигаются поочередно. Одна цепочка из 15 ламп расположена по круговой орбите (рис. 2) и показывает вращение электрона только по этой орбите.

Движение второго электрона иллюстрируется цепочкой, содержащей 75 ламп, расположенных под второй и третьей орбитами. Электрон, перемещаясь по этим орбитам, может переходить с одного уровня на другой. Путь его движения определяется последовательностью соединения ламп в цепочке. После того как погаснет лампа, находящаяся в точке А, зажигается лампа в точке В и электрон оказывается на другой орбите. После 1,5 оборотов в точке Д опять происходит переключение и электрон возвращается на первоначальную орбиту. В момент зажигания лампы в точке В подключается лампа-вспышка, которая световым импульсом высвечивает синусоидальную линию, расположенную на лицевой панели макета. Это хорошо иллюстрирует возникновение кванта энергии при переходе электрона с удаленной орбиты на более близкую к ядру атома. При переходе электрона из точки С в точку Д высвечиваются символы ∆W и стрелка, которые означают, что в этот момент атому была сообщена порция энергии извне.

Протоны ядра обозначаются пульсирующим светом ламп МТХ90, а нейтроны — непрерывным свечением.

Принципиальные схемы всех узлов макета приведены на рис. 3. Последовательность зажигания ламп в орбитальной цепочке осуществляется по схеме рис. 3, а. Это счетное кольцо на лампах с холодным катодом.

Напряжение + 300 В через резистор 1-R2 подается на анодную шину тиратронов МТХ90 (или ТХ18А). Одна из ламп 1-Л1 — 1-Л75 зажигается, например 1-Л1. При этом напряжение распределяется так, что около 200 В падает на резисторе 1-R2, на анодной шине и анодах всех незажженных тиратронов устанавливается около 100 В, а на аноде зажженного тиратрона (1-Л1) — порядка 60 В. На сетках всех тиратронов автоматически поддерживается напряжение около 40 В, которое соответствует напряжению горения разрядного промежутка сетка-катод зажженного тиратрона. При таком распределении напряжений тиратроны 1-Л2 — 1-Л75 зажигаются.

Однако если напряжение на анодной шине на мгновение понизить до значения меньшего, чем напряжение горения тиратрона, то 1-Л1 погаснет. При последующем повышении анодного напряжения зажигается тиратрон 1-Л2. Переброс разряда происходит за счет конденсатора 1-С2. При горении тиратрона 1-Л1 этот конденсатор заряжен до напряжения 20 В, тогда как все другие конденсаторы 1-С3 — 1-С77 находятся под напряжением 60 В. Когда погаснет тиратрон 1-Л1, повысится напряжение на анодной шине, конденсатор 1-С2 дополнительно зарядится и на сетке тиратрона 1-Л2 образуется положительный импульс напряжения, который прибавится к сохранившемуся там напряжению (20 В), и тиратрон 1-Л2 зажжется. Теперь горит только этот тиратрон, и к очередному зажиганию оказывается подготовленным третий и так далее. После гашения тиратрона 1-Л75 через конденсатор 1-С77 вновь зажигается 1-Л1 и начинается второй оборот вращения светящейся точки по орбите.

Гасящие импульсы напряжения формируются генератором импульсов, собранным на тиратроне 1-Л76. Частота импульсов, а следовательно, и скорость вращения электронов определяется цепочкой 1-R3, 1-С79. Конденсатор 1-С78 разряжается через индуктивность 1-L1 и тиратрон 1-JI76 при каждом его зажигании. В это время напряжение на аноде тиратрона 1-Л76, а также на общей анодной шине падает до напряжения гашения разряда, и ранее горевший тиратрон кольца гаснет. По мере восстановления напряжения на анодной шине зажигается очередной тиратрон.

Имитация движения электронов по ближней к ядру орбите осуществляется подобной же схемой.

Торцы тиратрона 1-Л76 и тиратронов — релаксаторов круговой орбиты выносятся на лицевую панель макета и размещаются под изображениями протонов. Таким образом, пульсации протонов оказываются синхронными с шагом перемещения электронов.

Тиратроны, обозначающие символы нейтронов, подключаются по схеме, приведенной на рис. 3, б. Изображение кванта излучения высвечивается импульсной лампой-вспышкой, управляемой тиратроном МТХ90. Их соединения приведены на рис. 3, в. Между анодом и катодом импульсной лампы-вспышки 3-Л1 поддерживается напряжение 300 В, а на тиратроне 3-Л2 с помощью делителя на резисторах 3-R2, 3-R4 устанавливается около 120 В. При таких напряжениях анодные промежутки этих ламп не зажигаются. Сетка тиратрона 3-Л2 соединена через конденсатор 3-С2 с катодом одного из тиратронов, например 1-Л2. При зажигании этого тиратрона вспыхивает импульсная лампа 3-Л1.

В катодную цепь управляющей лампы 1-Л2 необходимо включить резистор 1-RK1. На этом резисторе формируется положительный импульс, поступающий на сетку лампы 3-Л2 и зажигающий ее анодный промежуток. При зажигании последнего конденсатор 3-СЗ разряжается через лампу 3-Л2 и первичную обмотку повышающего трансформатора 3-Tpl. В результате этого на управляющем электроде лампы 3-Л1 возникает импульс высокого напряжения, поджигающий лампу-вспышку. Соотношение витков (примерно 3 : 500) в трансформаторе подбирается опытным путем. В качестве импульсного трансформатора можно использовать катушку от испорченного поляризованного реле РП-7 (паспорт РС4.521.009). Первичной служит обмотка между выводами 1—2, повышающей — обмотка между выводами 9—10.

Интенсивность светового импульса вспышки определяется емкостью конденсатора 3-С1. При емкости 20 мкФ мощность вспышки вполне достаточна, а срок службы лампы МФК-120 — оптимальный.

и стрелка, иллюстрирующие подведе -

ние энергии атому, высвечиваются лампами МТХ90 (или ТХ18А), соединенными по схеме, изображенной на рис. 3, г. Делителем 4-R14-R2 устанавливают напряжение на анодной шине около 120 В. Такой подсветкой (см. рис. 3, г) можно заменить узел (см. рис. 3, в) с импульсной лампой. В этом случае потребуется лишь увеличить число тиратронов в узле и рационально расположить их по синусоиде.

Если возникнет необходимость и в озвучивании све-тодинамических устройств, то управляющий сигнал для звукового устройства можно снимать с точек, подобных точке 1-А на рис. 3, а.

Чтобы на время звучания остановить движение по кольцу светового указателя, необходимо замкнуть анод контрольного тиратрона (точка 1-Б) с катодной шиной, например с помощью электромагнитного реле. При устранении этого соединения сразу же загорается последующий тиратрон кольца и движение разряда продолжится в заданном направлении.

При налаживании, замыкая накоротко анод с катодной шиной, можно зажечь любой тиратрон, не дожидаясь завершения цикла обхода разряда по кольцу.

Узел крепления всего устройства и установка тиратронов показаны на рис. 4. Изображение структуры атома нанесено на лицевой панели, изготовленной из оргстекла. Обратная сторона этой панели закрашена черной краской, а места расположения орбит, символов и частиц ядра остаются прозрачными. Все детали размещаются на панели из винипласта. Тиратроны устанавливают с помощью резиновых колец. Макет крепят винтами к металлическим угольникам, предварительно подсоединенным к стене. Целесообразно электрическую розетку питания разместить так, чтобы она оказалась внутри макета. Малая мощность потребления устройств (около 1 Вт) и значительный срок службы тиратронов, используемых в рекомендуемых режимах, позволяют оставлять подобные макеты постоянно включенными.