физика :: радиолампа :: наука :: лампа :: реактор образовательный

Итак, радиолампа. Часто встречал словосочетания «теплный ламповый <…>», и решил запостить немного инфы о том, что же такое радиолампа и как она устроена. Сам я профессионально работаю с ними последние 9лет, но постарался сделать своеобразную выжимку без залезания в дебри – если будет интересно, продолжу. Стиль изложения нарочито упрощенный, надеюсь не допустил излишне много неточностей – если что, присылайте указания;)

Итак, в 1883 году Томас Альва Эдисон, пытаясь увеличить срок службы обычной осветительной лампы накаливания(надо сказать, еще с угольной нитью) поместил рядом с нитью накала второй электрод – металлическую пластину.  Экспериментируя с получившимся устройством, он обнаружил, что через промежуток между раскаленной нитью накала и вторым электродом может течь ток, причем только от этого электрода к нити накала. В то время считалось, что в вакууме не может течь ток– его просто нечему переносить(нет носителей заряда), и Эдисон не понял значения открытия, но запатентовал его.

Впоследствии это явление, названное термоэлектронной эмиссией(т.е. излучением электронов под действием температуры) или эффектом Эдисона, легло в основу практически всех электровакуумных приборов.  Вкратце, суть его такова: в металлах много свободных электронов, и при повышении температуры многие из них становятся достаточно быстрыми(напомню, температура – это мера средней кинетической энергии частиц тела, т.е. при большой температуре свободные электроны быстрее двигаются), чтобы преодолеть т.н. потенциальный барьер, и вылететь наружу нагретого электрода. Оказавшись в «свободном полете», они летят к аноду,создавая таким образом электрический ток(ток – это упорядоченное движение носителей заряда, в данном случае – электродов).

Почему же ток в этой двухэлектродной лампе течет только от анода(второй электрод, металлическая пластинка) к катоду(нити накала)?  А дело вот в чем: электроны имеют отрицательный заряд, и устремляются к аноду, только когда на него подано положительное напряжение – как мы знаем, разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Поэтому, если подать на анод«-», то электроды не полетят к нему, а останутся в окрестностях катода, и токне потечет. Соответственно, при подаче положительного напряжения электроны радостно полетят к аноду, и через вакуумный промежуток пойдет ток.

Здесь надо заметить, что так сложилось, что  направление тока всегда обозначается от + к-, т.е. против реального движения электронов(что видно на картинке выше). Поэтому говорят «ток течет от анода к катоду», но «электроны летят от катода к аноду». Немного путает поначалу, но что делать – традиции…

Получается, что мы имеем? При одной полярности ток течет,при другой – нет. Это свойство позволило в 1905 году Джону Флемингу запатентовать «прибор для преобразования переменного тока в постоянный»,названный электровакуумным диодом(или проще – диодом).

Работает он очень просто : т.к. диод обладает свойством пропускать ток только в одном направлении, то он отсекает часть полупериодов тока(они обозначены минусом на верхнем графике, переменный ток течет то в одну, то в другую сторону), пропуская только положительные. Таким образом ток из переменного становится постоянным пульсирующим, исключительно одной полярности.

Уже в следующем, 1906 году, американский инженер Ли де Форест попробовал разместить между анодом и катодом третий электрод – сетку.Это поистине фундаментальное открытие, чуть позже станет ясно, почему.

Итак, у нас есть: раскаленный катод, излучающий электроны,анод, который их принимает, и между ними сетка, через которую эти электроны могут пролетать.

Как мы помним, электроны отталкиваются отрицательными электродами и притягиваются положительными, поэтому если подать на сетку какое-то напряжение, то она притянет или оттолкнет электроны, летящие от катода к аноду. Это значит, что мы можем УПРАВЛЯТЬ электронным потоком(и,соответственно, силой тока через лампу), подавая напряжение на третий электрод(сетку)!

Мы получили управляющий элемент – вакуумный триод. Слабые сигналы, подаваемые на сетку, могут управлять гораздо более сильным током,текущим между катодом и анодом(от чего зависит эта способность, я могу пояснить потом отдельно – вкратце, от расстояний между электродами, сетка в триоде находится ближе к катоду).

Повторюсь еще раз: в триоде слабый сигнал сетки управляет более сильным током. Это позволило создать на основе триода усилители(триод усиливает сигнал!) и генераторы различных сигналов, в основном – радио. Слабый сигнал из антенны поступает на сетку триода, где управляет током через триод, который может быть во много раз мощнее первого. Это позволило во много раз увеличить чувствительность приемников, мощность передатчиков и усилителей, дав начало известной нам радиоэлектронике.

Относительно приемников – т.к. лампы поначалу были дороги, было найдено множество остроумных решений, как построить хороший приемник всего на одной-двух лампах(это можно сделать и сейчас, если будет интересно – создам пост по одноламповым приемникам, которые сможет собрать каждый).

А теперь немного диодов и триодов, чтобы вы представляли, как они выглядят в реале(фото ламп из личных запасов) Для начала,  лампа с двумя электродами, диод(еще такую лампу называют кенотрон  - она предназначена для выпрямления переменного тока). Обозначается эта лампа 5Ц3С.

Следующая – триод, причем очень старый, 20-х годов(в нем хорошо видна конструкция – анод, сетка и катод):

И наконец, более сложная лампа – пентод 10П12С (она так называется,потому что в ней целых пять электродов – две сетки, анод и катод), о многоэлектродных лампах я расскажу в следующий раз, если это будет интересно.

Да, обратите внимание: две последние лампы имеют цилиндрический катод, который подогревается изнутри нитью накала – такую конструкцию предложил в  1921 году русский ученый Александр Алексеевич Чернышёв.

Надеюсь, вам было интересно, в следующем посте на ламповую тематику постараюсь учесть вопросы и пожелания, а общей темой будет дальнейшее развитие ламп после триода, и более подробно остановлюсь на конструкции реальных ламп.