Главная » Пятерочка » Вакуумная электронная лампа как источник дармовой электроэнергии. Как работает радиолампа

Вакуумная электронная лампа как источник дармовой электроэнергии. Как работает радиолампа

Электронная лампа

Российская экспортная радиолампа 6550C

Электро́нная ла́мпа , радиола́мпа - электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работающий за счёт управления интенсивностью потока электронов , движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами .

Радиолампы массово использовались в ХХ веке как активные элементы электронной аппаратуры (усилители, генераторы, детекторы, переключатели и т.п.). В настоящее время практически полностью вытеснены полупроводниковыми приборами. Иногда ещё применяются в мощных высокочастотных передатчиках, высококачественной аудиотехнике.

Электронные лампы, предназначенные для освещения (лампы-вспышки, ксеноновые лампы , и натриевые лампы), радиолампами не называются и обычно относятся к классу осветительных приборов.

Принцип действия

Электронная лампа RCA "808"

Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.
Под воздействием разности потенциалов между анодом и катодом электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.
С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

Газонаполненные электронные лампы

Основным для этого класса устройств является поток ионов и электронов в газе, наполняющем лампу. Поток может быть создан, как и в вакуумных устройствах, термоэлектронной эмиссией, а может создаваться образованием электрического разряда в газе за счёт напряжённости электрического поля.

История

По способу подогрева катоды подразделяются на катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой металлическую нить. Лампы прямого накала потребляют меньшую мощность и быстрее разогреваются, однако, обычно имеют меньший срок службы, при использовании в сигнальных цепях требуют питания накала постоянным током, а в ряде схем неприменимы из-за влияния разницы потенциалов на разных участках катода на работу лампы.
Катод косвенного накала представляет собой цилиндр, внутри которого располагают нить накала (подогреватель). Такие лампы называются лампами косвенного накала.

Катоды ламп активируют металлами, имеющими малую работу выхода . В лампах прямого накала для этого обычно применяют торий , в лампах косвенного накала - барий . Несмотря на наличие тория в катоде, лампы прямого накала не представляют опасности для пользователя, поскольку его излучение не выходит за пределы баллона.

Анод

Анод электронной лампы

Положительный электрод. Выполняется в форме пластины, чаще коробочки имеющей форму цилиндра или параллелепипеда. Изготавливается обычно из никеля или молибдена, иногда из тантала и графита.

Сетка

Между катодом и анодом располагаются сетки , которые служат для управления потоком электронов и устранения побочных явлений, возникающих при движении электронов от катода к аноду.

Сетка представляет собой решетку из тонкой проволоки или чаще выполнена в виде проволочной спирали, навитой на несколько поддерживающих стоек (траверс). В стержневых лампах роль сеток выполняет система из нескольких тонких стержней, параллельных катоду и аноду, и физика их работы иная, чем в традиционной конструкции.

По назначению сетки подразделяются на следующие виды:

В зависимости от назначения лампы, она может иметь до семи сеток. В некоторых вариантах включения многосеточных ламп, отдельные сетки могут выполнять роль анода. Например, в генераторе по схеме Шембеля на тетроде или пентоде собственно генератором служит «виртуальный» триод, образованный катодом, управляющей сеткой и экранирующей сеткой в качестве анода .

Баллон

Основные типы

Малогабаритные («пальчиковые») радиолампы

Основные типы электронных вакуумных ламп:

Диоды (легко делаются на большие напряжения, см кенотрон)
лучевые тетроды и пентоды (как разновидности этих типов)
комбинированные лампы (фактически включают 2 или более ламп в одном баллоне)

Современные применения

Металлокерамический генераторный триод ГС-9Б с воздушным охлаждением (СССР)

Высокочастотная и высоковольтная мощная техника

В мощных радиовещательных передатчиках (от 100 Вт до единиц мегаватт) в выходных каскадах применяются мощные и сверхмощные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода и высоким (более 100 А) током накала. Магнетроны , клистроны , т. н. радиолампа бегущей волны обеспечивают сочетание высоких частот, мощностей и приемлемой стоимости (а зачастую и просто принципиальной возможности существования) элементной базы.
Магнетрон можно встретить не только в радаре , но и в любой микроволновой печи.
При необходимости выпрямления или быстрой коммутации нескольких десятков кВ, которую невозможно осуществлять механическими ключами, необходимо использовать радиолампы. Так, кенотрон обеспечивает приемлемую динамику на напряжениях до миллиона вольт.

Военная промышленность

Из-за принципа действия электронные лампы являются устройствами, значительно более устойчивыми к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Для информации: в единственном устройстве может быть несколько сотен ламп. В СССР для применения в бортовой военной аппаратуре в 1950-е годы были разработаны стержневые лампы , отличавшиеся малыми размерами и большой механической прочностью.

Миниатюрная лампа типа «желудь» (пентод 6Ж1Ж, СССР, 1955 г.)

Космическая техника

Радиационная деградация полупроводниковых материалов и наличие естественного вакуума межпланетной среды делает применение некоторых типов ламп средством повышения надёжности и долговечности космических аппаратов. Применение в АМС Луна-3 транзисторов было связано с большим риском.

Повышенная температура среды и радиация

Ламповое оборудование может быть рассчитано на больший температурный и радиационный диапазон условий, нежели полупроводниковое.

Высококачественная звуковая аппаратура

По субъективному мнению большинства меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного». Существует несколько версий объяснения этих различий, как основанных на научных исследованиях, так и откровенно ненаучных рассуждениях. Одно из главных объяснений различий лампового и транзисторного звука, заключается в "естественности" звучания ламповой аппаратуры. Ламповый звук "объемный" (некоторые называют его "голографическим"), в отличие от "плоского" транзисторного. Ламповый усилитель отчетливо передает эмоции, энергетику исполнителя, "драйв" (за что их обожают гитаристы). Транзисторные усилители с трудом справляются с такими задачами. Нередко, конструкторы транзисторных усилителей используют схожую с лампами схемотехнику (режим работы в классе А, трансформаторы, отсутствие общей отрицательной обратной связи). Общим результатом этих представлений стало «возвращение» ламповой техники в сферу высококачественных усилителей . Объективная (научная) причина такого положения - высокая линейность (но не идеальная) лампы, в первую очередь триода. Транзистор, в первую очередь биполярный, элемент вообще нелинейный, и как правило не может работать без мер по линеаризации.

Достоинства ламповых усилителей:

Простота схем. Её параметры мало зависят от внешних факторов. В результате в ламповом усилителе, как правило, меньше деталей, чем в полупроводниковом.

Параметры ламп слабее зависят от температуры, чем параметры транзистора. Лампы малочувствительны к электрическим перегрузкам. Малое число деталей также весьма способствует надёжности и снижению искажений, вносимых усилителем. В транзисторном усилителе имеются проблемы с "тепловыми" искажениями.

Хорошая согласуемость входа лампового усилителя с нагрузкой. Ламповые каскады имеют очень большое входное сопротивление, что снижает потери и способствует уменьшению количества активных элементов в радиоустройстве. - Простота обслуживания. Если, например, у концертного усилителя прямо во время выступления выходит из строя лампа, то заменить её гораздо проще, чем сгоревший транзистор или микросхему. Но этим на концертах всё равно никто не занимается. Усилителей на концертах всегда в запасе, а ламповых - в двойном запасе (потому что, как ни странно, ламповые усилители значительно чаще ломаются).

Отсутствие некоторых видов искажений, присущих транзисторным каскадам, что благоприятно сказывается на звуке.

При грамотном использовании преимуществ ламп можно создавать усилители, превосходящие транзисторные по качеству звучания в пределах определённых ценовых категорий.

Субъективно винтажный внешний вид при создании имиджевых образцов аппаратуры.

Нечувствительность к радиации вплоть до очень высоких уровней.

Недостатки ламповых усилителей:

Помимо питания анодов, лампы требуют дополнительных затрат мощности на накал. Отсюда низкий КПД, и как следствие - сильный нагрев.

Ламповая аппаратура не может быть мгновенно готова к работе. Требуется предварительный прогрев ламп в течение нескольких десятков секунд. Исключение составляют лампы прямого накала, которые начинают работать сразу.

Выходные ламповые каскады требуется согласовывать с нагрузкой при помощи трансформаторов. Как следствие - сложность конструкции и плохие массо-габаритные показатели за счёт трансформаторов.

Лампы требуют применения высоких напряжений питания, составляющих сотни (а в мощных усилителях - тысячи) вольт. Это накладывает определённые ограничения в плане безопасности при эксплуатации таких усилителей. Также высокое снимаемое напряжение почти всегда требует применения понижающающего выходного трансформатора. При этом любой трансформатор является нелинейным устройством в широком диапазоне частот, что обуславливает внесение нелинейных искажений в звучание на уровне близком к 1% у лучших моделей ламповых усилителей (для сравнения: нелинейные искажения лучших транзисторных усилителей настолько малы, что их невозможно измерить). Для лампового усилителя, можно считать нормальными искажения на уровне 2-3%. Характер и спектр этих искажений отличается от искажений транзисторного усилителя. На субъективном восприятии, обычно это никак не сказывается. Трансформатор - конечно нелинейный элемент. Но его очень часто используют на выходе ЦАПа, где он осуществляет гальваническую развязку (препятствует проникновению помех из ЦАПа), играет роль фильтра ограничивающего полосу, и по видимому, обеспечивает правильный "расклад" фаз сигнала. В итоге, несмотря на все минусы (в первую очередь - высокую стоимость), звучание только выигрывает. Также трансформаторы, не редко, с успехом, используют в транзисторных усилителях.

Лампы имеют ограниченный срок службы. С течением времени параметры ламп меняются, катоды теряют эмиссию (способность испускать электроны), а нить накала может перегореть (большинство ламп работают до отказа 200-1000 часов, транзисторы на три порядка больше). У транзисторов также возможна деградация со временем.

Хрупкость классических ламп со стеклянным баллоном. Одним из решений данной проблемы была разработка в 40-х годах прошлого века ламп с металло-керамическими баллонами, имеющими большую прочность, однако такие лампы не получили широкое распространение.

Некоторые особенности ламповых усилителей:

По субъективному мнению аудиофилов, звучание электрогитар передаётся гораздо лучше, глубже и «музыкальнее» именно ламповыми усилителями. Некоторые объясняют это нелинейностью выходного узла и вносимыми искажениями, которые «ценятся» любителями электрогитар. Это на самом деле не так. Гитаристы используют эффекты связанные с увеличением искажений, но для этого в схему вносятся соответствующие изменения намеренно.

Очевидные недостатки лампового усилителя - хрупкость, большее потребление энергии, нежели у транзисторного, меньший срок службы ламп, большие искажения (об этом, как правило вспоминают, читая технические характеристики, из-за серьёзного несовершенства измерения основных параметров усилителей, многие производители такие данные не приводят, или по другому - два совершенно одинаковых, с точки зрения измеренных параметров, усилителя, могут звучать совершенно по разному), большие габариты и масса аппаратуры, а также стоимость, которая выше, чем у транзисторной и интегральной техники. Энергопотребление качественного транзисторного усилителя, также велико, впрочем его габариты и вес могут быть сопоставимы с ламповым усилителем. В общем, есть такая закономерность, чем "звучнее", "музыкальнее" и т.д., усилитель, тем его габариты и потребляемая мощность больше, а КПД ниже. Конечно, усилитель класса D может быть весьма компактным, а его КПД будет составлять 90%. Вот только что делать со звуком? Если у вас намечается борьба за экономию электроэнергии, то конечно, ламповый усилитель в этом деле не помощник.

Классификация по названию

Маркировки, принятые в СССР/России

Маркировки в других странах

В Европе в 30е годы ведущими производителями радиоламп была принята Единая европейская система буквенно-цифровой маркировки:

- Первая буква характеризует напряжение накала или его ток:

А - напряжение накала 4 В;

В - ток накала 180 мА;

С - ток накала 200 мА;

D - напряжение накала до 1.4 В;

E - напряжение накала 6.3 В;

F - напряжение накала 12.6 В;

G - напряжение накала 5 В;

H - ток накала 150 мА;

К - напряжение накала 2 В;

P - ток накала 300 мА;

U - ток накала 100 мА;

V - ток накала 50 мА;

X - ток накала 600 мА.

- Вторая и последующие буквы в обозначении определяют тип ламп:

B - двойные диоды (с общим катодом);

C - триоды (кроме выходных);

D - выходные триоды;

E - тетроды (кроме выходных);

F - пентоды (кроме выходных);

L - выходные пентоды и тетроды;

H - гексоды или гептоды (гексодного типа);

K - октоды или гептоды (октодного типа);

M - электронно-световые индикаторы настройки;

P - усилительные лампы со вторичной эмиссией;

Y - однополупериодные кенотроны;

Z - двухполупериодные кенотроны.

- Двузначное или трехзначное число обозначает внешнее оформление лампы и порядковый номер данного типа, причем первая цифра обычно характеризует тип цоколя или ножки, например:

1-9 - стеклянные лампы с ламельным цоколем («красная серия»)

1х - лампы с восьмиштырьковым цоколем («11-серия»)

3х - лампы в стеклянном баллоне с октальным цоколем;

5х - лампы с локтальным цоколем;

6х и 7х - стеклянные сверхминиатюрные лампы;

8х и от 180 до 189 - стеклянные миниатюрные с девятиштырьковой ножкой;

9х - стеклянные миниатюрные с семиштырьковой ножкой.

См. также

Газоразрядные лампы

В газоразрядных лампах обычно используется разряд в инертных газах при низких давлениях. Примеры газоразрядных электронных ламп:

Газоразрядники для защиты от высокого напряжения (например на воздушных линиях связи, приемниках мощных РЛС и т.п.)
Тиратроны (трёхэлектродные лампы - газоразрядные триоды, четырёхэлектродные - газоразрядные тетроды)
Ксеноновые , неоновые лампы и другие газоразрядные источники света.

См. также

AOpen AX4B-533 Tube - Материнская плата на чипсете Intel 845 Sk478 с ламповым усилителем звука
AOpen AX4GE Tube-G - Материнская плата на чипсете Intel 845GE Sk478 с ламповым усилителем звука
AOpen VIA VT8188A - Материнская плата на чипсете VIA K8T400M Sk754 С 6-канальным ламповым усилителем звука.
Hanwas X-Tube USB Dongle - USB звуковая карта для ноутбуков с поддержкой DTS, имитирующая внешним видом электронную лампу.

Примечания

Ссылки

Справочник по отечественным и зарубежным радиолампам. Более 14000 радиоламп
Справочники по радиолампам и вся необходимая информация

Пассивные твердотельные	Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор
Активные твердотельные	Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод · Туннельный диод · Диод Ганна Транзистор · Биполярный транзистор · Полевой транзистор · КМОП-транзистор · Однопереходный транзистор · Фототранзистор · Составной транзистор · Баллистический транзистор Интегральная схема · Цифровая интегральная схема ·

Пассивные твердотельные

Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор

Активные твердотельные

Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод · Туннельный диод · Диод Ганна
Транзистор · Биполярный транзистор · Полевой транзистор · КМОП-транзистор · Однопереходный транзистор · Фототранзистор · Составной транзистор · Баллистический транзистор
Интегральная схема · Цифровая интегральная схема ·

Это вакуумный электронный прибор, функционирующий благодаря изменению потока электронов. Электроны двигаются в вакууме среди электродов.

Осветительная лампа с угольной нитью накаливания в связи с потускнением баллона постепенно уменьшала отдаваемый свет. С 1883 г. Т. Эдисон своими научными изысканиями пытался усовершенствовать лампу накаливания. Откачав из баллона лампы воздух, он ввел в него металлический электрод. К впаянному электроду и раскаленной с помощью электрического тока нити Эдисон прикрепил и соединил гальванометр и батарею. Как только полярность распределялась, минус батареи перемещался к нити, плюс - к электроду, стрелка гальванометра отклонялась. При противоположной полярности подача тока в цепь прекращалась. Этот опыт, в результате которого получилась термоэлектронная эмиссия, послужил основой для электронных ламп и всей полупроводниковой электроники.
В состав электронных ламп входят по меньшей мере два электрода - анод и катод. Если в лампе находится катод не прямого накала, то рядом с катодом располагается нить накаливания, которая его подогревает. Делает она это для того, чтобы при нагревании увеличивалась эмиссия с катода. Сетки, располагающиеся между анодом и катодом, изменяют поток электронов и устраняют вредные явления, которые возникают при движении потока электронов от положительно заряженного электрода к отрицательному электроду. На стекле электронных ламп находится блестящее напыление, которое предохраняет устройство от излишних газов и воздуха.

Кроме диодов и триодов, к электронным лампам относятся тетроды, пентоды, гексоды и гептоды.
В 1905 г. на опыты Эдисона стал опираться английский ученый Дж. Флеминг, получивший патент на прибор, который преобразовывает переменный ток в постоянный, т. е. на первую электронную лампу. Он впервые использовал диод с практической целью, диод выступал в качестве силового элемента (детектора) в радиотелеграфных приемниках. В следующем году американский инженер Л. Форест создал триод, прибавив к двум электродам управляющую сетку. Лампа, созданная Ли де Форестом, могла усиливать колебания самостоятельно. В 1913 г. на базе триода был создан первый автогенератор . Во многом благодаря триоду Фореста и началась компьютерная эра. С помощью триода он смог усилить звук в своей домашней лаборатории, активно сотрудничал на этой почве с американскими исследователями в области электроники. Первоначально триод был газонаполненной лампой, имевшей плоскую сетку. Уже позднее лампа Фореста стала вакуумной (в 1912 г.), он запатентовал ее в 1907 г. и назвал «Audion». Ученый применял триод в качестве устройства, обрабатывающего данные. Немецкие инженеры под руководством А. Мейс-нера, последователя Фореста, создали цилиндрическую сетку триода из перфорированного алюминиевого листа.

В радиотехнике изобретателем автогенератора считается Армстронг. Кроме всего прочего, Форест применял свой триод в усилителях, приемниках и передатчиках, став пионером радиосвязи. Закончив Йельский университет и защитив диссертацию, Форест начал активно воплощать свои теории на практике. В 1902 г. он создал компанию «Forest Wireless Telegraphy Company», которая уже через два года была основным наладчиком радиосвязи на американском военно-морском флоте. В 1920 г. он предложил записывать звуковую дорожку на кинопленку оптическим способом, чем немало способствовал развитию киноиндустрии.

В России первые радиолампы были созданы петербургским инженером Н. Д. Папалекси в 1914 г. Совершенной откачки не было, поэтому лампы изготавливались газонаполненными со ртутью. Благодаря работе М. А. Бонч-Бруевича в 1913-1919 гг. внедрение электронных ламп в радиотехнику стимулировалось военными интересами радиосвязи. В 1914 г., после начала Первой мировой войны, в Царском Селе и на подмосковном Ходынском поле построили мощные передающие искровые станции для связи с военными союзниками и слежения за вражескими радиостанциями . Военное положение вынудило Бонч-Бруевича изготавливать электронные лампы в России. В Твери находилась радиостанция с ламповыми усилителями. Лампы французского производства стоили около 200 руб. золотом каждая, а время их работы не превышало десяти часов. Собрав необходимое оборудование в аптеках и на заводах, Бонч-Бруевич в небольшой лаборатории стал мастерить радиоприемники и лампы, стоимость которых равнялась 32 руб.

До 1930-х гг. электронные лампы применялись исключительно в радиотехнике. В 1931 г. английский физик
В. Вильямс сконструировал тиратрон-ный счетчик электрических импульсов. В состав электронного счетчика входили несколько триггеров. Сами триггеры были изобретены параллельно М. А. Бонч-Бруевичем в 1918 г. и американскими учеными Ф. Джорданом и У. Икклзом в 1919 г. Триггеры выполнялись в виде электронного реле , состояли из двух ламп и находились в одном из двух своих устойчивых состояний. Электронное реле, как и электромеханическое, могло хранить в себе одну двоичную цифру.

В 1940-х гг. появились компьютеры, разработанные на основе электронных ламп. Электронная лампа стала применяться как основной элемент ЭВМ. Несмотря на многие.положительные характеристики, использование ламп приносило множество проблем. Высота стеклянной лампы равнялась 7 см, за счет чего ЭВМ имели огромные размеры.

В одном компьютере находилось 15-20 тыс. электронных ламп, каждая из которых через 7-8 мин работы выходила из строя. Возникала проблемная ситуация поиска и замены старой лампы, это занимало очень много времени. Такое большое количество ламп выделяло тепло, поэтому для каждого компьютера необходимо было устанавливать охладительные системы. В компьютерах не было устройств ввода, поэтому данные заносились в память благодаря соединению определенного штекера с определенным гнездом. Но все же электронные лампы, несмотря на многие недостатки, внесли неоценимый вклад в развитие мировой радиотехники и электроники.

Сам принцип действия лампы прост — все построено на том, что раскаленные предметы могут выбрасывать в пространство свободные электроны. Однако, за 50 лет использования ламп они настолько усложнились, что дискретным транзисторам до них далеко…

Итак, если раскалить металлический проводник и подать на него «минус», то свободные электроны будут вылетать из этого проводника, он называется катодом. Если же поставить недалеко другой проводник и присоединить к нему «плюс» (называется анодом), то электроны не только будут вылетать из катода и образовывать облако вокруг него, но и целенаправленно полетят к аноду. Потечет электрический ток.

Вся проблема постройки электронных ламп в том, что электроны должны лететь с катода на анод в вакууме. Причем в вакууме высоком, если внутри лампы останется газ, то он от движения электронов вспыхнет и получится газоразрядная лампа. Это, конечно, тоже результат, но совсем не тот, которого мы добиваемся (хотя с газонаполненными электронными лампами тоже есть варианты).

Итак, мы сделали металлическую колбу, откачали оттуда воздух и вставили два электрода. При этом продумали, как раскалить один из них, для этого часто делают дополнительную нагревательную проволочку, такие катода называются катодами косвенного накала. Включили в сеть, катод засветился добела — ток потек. Ну и что, зачем эта штука нужна? Вся фишка в том, что если поменять полюса батареи, то через лампу ток не потечет — анод ведь холодный и электронов не выбрасывает.
Поздравляю, мы получили ламповый диод .

Диод, несомненно, вещь неплохая. Можно даже детекторный приемник сделать.
Но толку от него немного.

А весь толк получился тогда, когда в 1906 году догадались ввести внутрь лампы третий электрод — сетку, поставив ее между катодом и анодом.
Дело в том, что если на сетку подать даже слабый «минус», то облако электронов, которое собралось возле катода не полетит к «плюсовому» аноду, потому что внутри лампы чистая электростатика, электроны толкает закон Кулона, а в таком виде лампа «заперта».
Но стоит на сетку подать «плюс», то лампа «откроется» и ток потечет.
И мы, подав слабое напряжение на сетку, можем управлять достаточно сильным током, который протекает между катодом и анодом — мы получили активный элемент, триод . Отношение напряжение между катодом и анодом и катодом и сеткой называется коэффициентом усиления, в хорошем триоде он может достигать близко к 100 (больше не выходит по теоретическим соображениям для триодов).

Однако, это еще не все. Дело в том, что между электродами лампы образуется как бы конденсатор. Ведь и катод и анод и сетка — это электроды, разделенные диэлектриком — вакуумом. Емкость такого конденсатора очень мала — порядка пикофарад, но если у нас высокие частоты (начиная от мегагерц), то эта емкость все гадит — лампа перестает работать. Более того — лампа может самовозбуждаться и превратится в генератор.

В данном случае самым эффективным методом оказалось экранирование самой вредной емкости — между сеткой и анодом. То есть кроме трех электродов нужно ввести еще одну экранирующую сетку. На нее подавалось напряжение, примерно в половину анодного. Такая лампа с четырьмя сетками стала называться тетродом . Коэффициент усиления у нее возрос — до 500-600.

Но и это оказалось не все. Дело в том, что экранирующая сетка дополнительно разгоняет электроны, летящие к аноду и они ударяются об анод с такой силой, что выбивают вторичные электроны, которые долетают до экранирующей сетке и создают там ток. Это явление назвали динатронным эффектом.

Ну и как бороться с динатронным эффектом? Правильно — поставить еще одну сетку!
Ее нужно втыкнуть между экранирующей сеткой и анодом и подключить к катоду. Такая лампа называется пентод .
Именно пентод стал самой популярной лампой, именно его выпускали миллионными тиражами для всяческих нужд.
Нельзя сказать, что все отрицательные стороны электронной лампы у пентода отсутствовали. Но это был великолепный баланс между цена/надежность/характеристики. Да почему был? Он и остался.

Конечно, на пентоде все не закончилось, были еще гексоды, гептоды и октоды. Но они или не получили распространения (например, гексодов в мире почти не выпускалось), либо были лампами узкого назначения — например для супергетеродинов.

Все, что здесь описано — вроде немного, но это 60 лет развития электронных ламп, годы «нащупывания» параметров.
Ведь поначалу вообще было слабое понимание того, что происходит в лампе. Лампы были газонаполненные до 1915 года, а так перемещаются не электроны, а ионы, которые ведут себя немного иначе.
Кроме того — возня с материалами и формами электродов, изобретение ламповой схемотехники, да и с самими принципами ламп тоже игрались. Были всякие лампы бегущей волны, клистроны и магнетроны. А чего стоят лампы с механическим (!) управлением? А газонаполненные лампы, фотоэлементы, умножители, видиконы? Да тот же кинескоп — это по принципу действия электронная лампа!

Электронные лампы — это огромная область знания, которая за 60 лет существования накопила огромное количество материала.
Накопила — и умерла.
Сейчас лампы применяют только в очень узких направлениях — например, сверхмощные усилители или специальная аппаратура, которая выдерживает ядерный взрыв. Ведь электромагнитный импульс ядерного взрыва не сжигает ламповую аппаратуру, как случается с транзисторной — просто лампы при взрыве на долю секунды сбойнут и дальше заработают как ни в чем не бывало.

Ну и последнее — ламповая аппаратура в производстве куда проще полупроводниковой, требования к точности и чистоте материалов на порядки ниже. А вот это для попаданца самое главное!

91 комментарий Электронная лампа, принцип действия

Боюсь что для попаданца это все не имеет значения. Ну разве что его занесет в первую мировую и он сразу усовершенствует триод до пентода.

Причина проста- слишком широко двигать надо науку и технику чтобы воспользоваться этими знаниями.
Вся радиоэлектронная технология это совокупность очень большого числа очень специфических знаний и умений.
Попаданец, обладая этими знаниями (например он радиоэлектронщик со стажем) теоретически может изготовить какой то агрегат, но вот научить местных его производить- вряд ли.
В лучшем случае научить (а вернее надрессировать группу исполнителей) производить строго определенную модель простого устройства. Это никак не продвинет науку и технику, это устройство будет неведомым артефактом и его компоненты будут неприменимы ни для чего другого (с точки зрения местных). И, как очевидно, изготовление такого малополезного устройства будет результатом огромных усилий! Нужно такое попаданцу? Нет.

Попаданцу нужны не технологии опережающие время а упущенные технологии.
Отличными примерами здесь на сайте являются пуля Нейслера и полевая кухня. Простые и понятные изобретения которые появились через века после того как возникла в них необходимость и технологическая возможность их создать.
Пригодны так же технологии вроде термоса, не для того чтобы внедрять а чтобы продавать.
Нечто, что с небольшими технологическими изысками можно изготовить, но оно будет иметь непонятное местным ноу-хау. Это не двигает науку но обогащает попаданца.
Радиоэлектроника из за своей сложности не попадает ни в одну из этих категорий. Она слишком сложна и абстрактна для объяснений и слишком высокотехнологична для самостоятельного изготовления.

Согласен.

Но я бы выделил третью категорию — «технологии запечатанного конверта». То что можно оставить потомкам(ну в лучшем случае внукам на свою старость) для ускорения прогресса. А сюда можно и устройство атомной бомбы записать.
- А я как-то к этим письмам в будущее очень скептически отношусь.
  Вообще письма без адресата — странное явление.

>>Ну разве что его занесет в первую мировую

А вы посмотрите на статистику попаданцев. Половина из них попадает в вторую мировую, процентов тридцать в средневековье и еще процентов 15 — к батюшке Царю, спасать от революции. Электронные лампы более чем актуальны. 😀

>>но вот научить местных его производить- вряд ли

Ну, на самом деле этот сайт как раз для того, чтобы собрать данные по теориям для «научить местных».
То есть расширить понимание попаданца.
И проблема тут не в том, что в этом всем нельзя разобраться — а просто потому, что у обычного человека очень узкий круг интересов и в остальное он не влазил никогда.

>>Радиоэлектроника из за своей сложности не попадает ни в одну из этих категорий. Она слишком сложна и абстрактна для объяснений и слишком высокотехнологична для самостоятельного изготовления.

Полный бред, от начала и до конца.
Нет сложных вещей, есть недостаток понимания.
Для примера — почитайте то, как сам Пифагор описывал свою теорему (не доказательство, а только формулировка!) — у него это все получалось очень сложно там ощущение высшей математики, хотя для нас это все для четвертого класса (или в каком сейчас учат Пифагора?).

Более того — я могу вырезать вам кусок из переводной книги про электронные лампы, автора Leon Chaffee, 1933 года.
Там читаешь — просто кошмар как наворочено, а потом начинаешь понимать, что большая часть — это мусор, казавшийся важным, но таким не являющийся, побочные процессы, забивающие понимание основных процессов.

Если попаданец не в состоянии объяснить принцип действия — значит он сам его не понимает. Это незыблемое правило.
И пофиг, насколько сложна или абстрактна теория — все зависит от ее уложения в голове рассказывающего.

Другой вопрос — что ему будут не верить без работающего образца, но это уж как водится.
Ну и совсем третий вопрос — а стоит ли двигать это в массы или создать каких-нибудь «новых розенкрейцеров» (статью потихоньку пишу)?

Статистика то вещь хорошая 🙂
но, повторюсь, лампы пригодятся попаданцу только в первую мировую. Покачать триод до пентода- это мощный ход.
Во вторую мировую пентод уже изобретен. если быть точным то 1926 году. т.е. зазор применения около 20-30 лет (триод можно лет на 10-15 раньше успеть создать).
Проблема в том что раньше двигать идею в массы не получится, развитие физики не позволит этого. Сделать вундервафлю можно, а вот прогресс сдвинуть не так просто.
Говоря о абстрактности и сложности радиотехники я подразумевал что она опирается на огромный пласт неочевидных знаний который ранее 1900 года отсутствовал. Представление о электроне и атоме (1911), о электросопротивлении (1843) о индуктивности и емкости (лень искать но тоже 19 век). Все это придется предварительно открыть, продемонстрировать окружающим. Продвинут науку… С средствами связи того времени это задача на многие годы.

>>создать каких-нибудь «новых розенкрейцеров»
А вот эта идея весьма разумна. И действенна. Привлечь неофитов, продемонстрировать свое могущество вундервафлями, сообщит что лишь этому обществу известна Истина (тм)…
Но стоит учитывать что это будет не прогрессорство 🙂 И после смерти носителя знаний все пойдет кувырком. Кстати, смерть может произойти и раньше времени 😉 власть -отличная приманка!
- >>Говоря о абстрактности и сложности радиотехники я подразумевал что она опирается на огромный пласт неочевидных знаний который ранее 1900 года отсутствовал
  
  Тут неважно что отсутствовало до попаданца.
  Это реально можно развить и наука того времени это все поднимет.
  Вот как раз науку двинуть будет самое легкое — там есть инертность мышления, но она все же меньше, чем в промышленности, потому как в науке всегда можно найти молодых ученых, а среди промышленников молодежи не бывает.
  
  >>Привлечь неофитов, продемонстрировать свое могущество вундервафлями, сообщит что лишь этому обществу известна Истина
  
  Дык я уже несколько статей на эту тему написал.
  Тут тоже есть подводные камни, но локальный рывок может оказаться очень заметен.
  
  >>И после смерти носителя знаний все пойдет кувырком.
  
  Я про это тоже писал. Те же Мормоны и саентологи сумели это пережить. Что будет с мунистами — посмотрим.
  - >Радиолампы пригодятся в любую войну. А возможность их создать появится где-то в районе войны 1912 года (которая сто лет называлась «Великой Отечественной»), ну и вообще во времена Наполеоновских войн.
    
    1912+100=2012, задолго до 2012-го Великой Отечественной называлась война 1941-го-1945-го годов. И каким боком здесь Наполеон?

Ну, для электроники, особенно для транзисторов, все же есть интервал в несколько десятилетий, когда можно сильно опередить текущее состояние. Но это конец 19 начало 20 века. Если раньше — малоперспективно
В более ранние периоды лучше копать в сторону цифровых механических и гидравлических вычислителей. Булева алгебра, будучи очень простым и понятным разделом математики, оформилась только к концу 19 века, хотя могла существовать и в древней Греции

Попаданцу нести внедрять транзисторы выгодней чем лампы. Лампы- тупик. Если попаданец оказался в конце 19 начале 20 века и собрался продвинуть радиоэлектронику (раньше- бесполезно) — протолкнуть транзисторы не на много сложнее чем лампы (с учетом общих объемов того что придется проталкивать, разница незначительна), а выгода намного больше. Это ведь скорый переход на микросхемы…

Механические вычислители типа железного феликса — разумный максимум…
Машина Бебиджа- безумный проект. Он осуществим (теоретически) но из за ненадежности (сотни тысяч а то и миллионы подвижных частей) ее практическое применение почти невозможно. Даже ЭНИАК работал с частыми перерывами из за постоянного выхода из строя его элементов, что говорить о механике.
- Однако, в сети можно найти ролики, как люди самостоятельно сделали триод.
  И есть грустные истории, когда пытались сделать транзистор…
  
  То есть сейчас — когда и материалы вроде можно купить и приборы есть — а вот поди ж ты!
  Транзистор — задача на порядок сложнее радиолампы.
  
  >>Механические вычислители типа железного феликса - разумный максимум
  
  Это конкретный тупик. Хотя в некоторых узких нишах употребим.
  - - А я знал, знал что дойдет до атомных реакторов! 😀
      Итого — всего две технологии: выращивание сверхчистого монокристалла кремния и построение реактора с дозированным производством нейтронов.
      Лементарно! 😀
      - Не с дозированным а с постоянным 🙂 это немного другая и намного более простая задача.
        Кстати, реактор делать необязательно, можно сделать генератор нейтронов типа того который используется как нейтронный детонатор для плутониевых бомб.
        
        Налицо полное непонимание принципов и количественных характеристик.
        
        В бомбах нужна точность по времени, единовременный вброс с бетатронного источника 10Е5-10Е6 нейтронов — вполне достаточно. Главное — точность.
        
        Но 10Е6 нейтронов в масштабах числа Авогадро (6Е23) — ничто.

>Булева алгебра, будучи очень простым и понятным разделом математики, оформилась только к концу 19 века, хотя могла существовать и в древней Греции

При ручных логических выкладках как раз проще не пытаться их математизировать. Булева алгебра могла быть создана хоть в древнем Египте, но по-настоящему может быть распространена только при наличии устройств для автоматических вычислений. Не управлявшихся всё таки вручную арифмометров, а именно автоматических вычислительных устройств. Мало того, до двоичных процессоров даже трёхзначная логика имеет больше шансов, так как не всегда известны все величины.

А какие требования к металлу электродов? Насколько я помню у разных металлов эмиссия электронов идет по разному.

И ктото обещfл рассмотреть керамические и металлические корпуса для электронных ламп. Чтоб не возиться с впаиванием электродов в стекло. 🙂

Электроды обыкновенные, кроме катода, который выбрасывает электроны.
Тут вопрос именно в температуре эмиссии. Поначалу можно просто вольфрам, но у него эмиссия при температуре за 2 тыс. градусов.
Ну а дальше — соли редкоземельных элементов, я еще буду описывать.

Ну и про корпуса — да, поначалу можно и металлокерамику (с чистой керамикой возни будет не меньше, если вообще возможно).
Но у стеклянных корпусов много плюсов, к тому же они много технологичнее. С впаиванием электродов проблем, как раз нет, просто электроды нужно делать из
Это опять тема и опять буду еще писать.
- А еще в туду торий пихали, который за счет радиоактивности давал электронное облако. Интересно, если что-то злобное напихать в катод, можно ли забабахать лампу без подогрева катода? Преимущества существенные — в эру ламповой техники наверняка очень бы хотелось такое, а раз не сделали — значит непреодолимая проблема. Кто в курсе — где и в чем?
  - Чистые бета-излучатели (никель-59 точно, про стронций-90 — слышал, но не видел) кое-где с этой целью использовали.
    «Преимущества» там сомнительные: уж очень большая энергия электронов, там не «облако», там «брызги», летящие с ОЧЕНЬ большой энергией постоянно во все стороны, что даёт «нулевой ток» и серьёзный шум. Даже обратным смещением это не лечится: очень велики энергии электронов.
    Кое-где имеет смысл (некоторые газоразрядные приборы, ионные лампы, особые лампы для стохастических усилителей), но в целом — не, бяка.
    
    Есть другая технология. И очень попаданская по сути.
    
    Лампы без подогрева катода делаются (в смысле, и сейчас делаются, для военки) на автоэмиссии, и это (с терморасширенным графитом). Вполне попаданская техника, технологически проще интеркалировать графит (даже чистота не критична), чем ваять цезиевый или бариевый электрод с подогревом.
    Но там свои замороки: высокое напряжение обязательно (от киловольт), относительно малая плотность эмиссионного тока.
    У усилительного триода будет слишком нелинейная ВАХ на начальном участке, для магнетрона — реально достижимые токи маловаты.
    
    Схемотехнику нужно будет строить несколько иначе.
    У технологии есть свои очень удобные ниши: классическая ЭЛТ, кинескоп с этой технологией значительно выигрывают. Старт мгновенный, потребление меньше, ресурс выше.
    Если рассматривать попаданство куда-то типа СССР 40-х — 50-х, то ламповая схемотехника и радиотехника вообще развивались бы иначе. Скажем, автоэмиссионные лампы — вполне реальная энергосберегающая альтернатива ртутным, и по цене сравнимой с лампами накаливания. Технология могла бы стартовать в те же 50-е, когда электричество было очень дорогим, и ртути просто не было бы ниши для появления.
    По эффективности технологии сравнимы, но катодные лампы (сами лампы) проще, дешевле, менее зависят от температуры и мгновенно включаются.
    
    Кроме того, развитие принципа могло бы привести к ламповым микросборкам, сравнимым с первыми гибридными ПП-микросхемами, конкуренция с полупроводниками была бы куда более жёсткой.
    
    В общем-то, эта технология могла бы куда шире отыграть чем в реальном мире, стартуй она хотя б на 20 лет раньше — пока не решилась проблема синего светодиода. Сейчас, наверное, уже поздновато.
    - Вполне любопытно. Интеркаляция тем же цезием или чем попроще можно? Тем же калием/барием?
      Трансформатор для ламп не дороговат ли выйдет, учитывая всего 50гц? Моргать не будет?
      
      Особливо у ЭЛТ ток стабильный будет с таким катодом? Почему в тех же электронных микроскопах сейчас не применяют, и вообще обычно греют?
      
      З.Ы. ДРЛки жалко — сколько из них на коленке мастрячилось… 🙂
      - Там не цезий, интеркаляция нужна только чтобы «распушить» графит на графеновые листы (серная кислота — обычный метод терморасширения).
        Из графеновых листов получаются своего рода «атомарные иголки», с _очень_ высокой напряжённостью поля на концах при приемлимом напряжении. Альтернативные электроды для автоэмиссии долгое время пытались растить из кремниевых нанопроволок, из цезиевых, из оксида олова и даже ставить пучки нанотрубок. Кое-что получается приемлимо, но ни одна альтернатива не приближается по характеристикам и их стабильности к графиту/графену.
        А технологически там просто пропасть: золото и цезий — это CWD, кремниевые нанопроволоки — аж литография + травление.
        
        Трансформатор — да, дороговат. Но ДРЛ тоже железа и меди в ПРА требует + фигнюшки в виде стартера.
        Моргать будет ровно настолько, насколько позволит люминофор. А между нами, девочками, сделать инерционный люминофор много проще, чем «моргающий» (то есть, быстрый): первые катодолюминофоры именно таковыми и были. Помните осциллографы для медленных процессов, где луч бежал чуть ли не полсекунды по экрану, а его путь запоминался долго высвечивающим люминофором? Это вовсе не беда. Тем более, что можно и сглаживать конденсатором. ЭЛТ — это диод.
        
        Это относительно недавняя технология — этот нанотех (без кавычек) раньше просто никому не приходил в голову. Да, пробовали делать острые катоды, но что такое «острый» по сравнению с атомной плоскостью? Даже графен и нанотрубки имеют вовсе не запредельные эмиссионные характеристики, даже при высоком напряжении.
        И электрод должен иметь ещё и ресурс, плотность тока там на острие дикая, чуть переборщил — и взрывная эмиссия. То есть, нужен именно лес атомно-острых электродов, простых в производстве, дико проводящих (да-да, поэтому графен рулит)… До определенного момента никому в голову не приходило, КАК такое ВООБЩЕ сделать?!
        Люди же не зря в 90-е тыкались с этой целью в кремниевые нанопроволоки (тогда автоэмиссионные экраны рассматривали как «плоскую» замену ЭЛТ). Не знали о нанотрубках, не знали о графене, анизотропную работу выхода считать вообще не умели (я не говорю, что сейчас хорошо умеют:)).
        
        Поэтому это истинно попаданская технология: за кажущейся простотой стоят знания и мысли, которые добыты на другом, высшем технологическом витке.
        
        Не применяется сейчас банально из-за инерции. Ну и плотность тока с нагретых катодов выше, линейность характеристик, отработаная, предсказуемая технология, совместимость с малыми напряжениями… у автокатодов тоже есть неудобства.
        Но главная причина: всё-таки электронно-лучевые приборы сейчас слишком малосерийны, чтобы вести НИОКР по улучшению их второстепенных характеристик. Там, где денег много и характеристики важны (вояки + ЛБВ, скажем), там внедряется(-лось).
        Но лампам даже у вояк и даже в СВЧ сейчас всё меньше места.
        
        Насчёт медленного люминофора с хорошим квантовым выходом есть сомнения. И насыщаются оне соответственно, порядка эдак на 4 легче…
        Иначе б все газоразрядные лампы на них делали, и не ломали глаза на 50гц моргании.
        
        Насчёт конденсатора — не уверен… Графеновая шуба наверняка живёт своей жизнью, и при том же потенциале ток будет плясать. Впрочем, для лампочки может и не существенно.
        
        А вот трансформатор на киловольты и 50гц — это не только дорого, но и громоздко. Т.е. или импульсник какой мастрячить, или ещё чего… А с элементной базой — плохо!
        
        Т.е. технология интересная, но вопросы остаюццо.
        
        Никаких сомнений: у меня диплом был по запасающим. Вопросы катодных тоже затрагивались. 🙂
        На насыщение выйти? Мнэ… даже в классическом кинескопе, где площадь пятна под лучом меньше десятых квадратного миллиметра а мощность — десятки Вт (прикиньте плотность мощности:)), до такого ещё пилить и пилить. Да, деградация при этом знатная, да КПД падает (из-за нагрева), но чтоб выйти на насыщение, нужно очень хорошо поработать.
        Самый классический сульфид цинка, известный чуть ли не с первых дней катодных лучей до сих пор один из рекордсменов по квантовому выходу. И да, он обычно очень медленный (он может стать относительно быстрым, но это требует запредельной технологии — дело в кислороде). Есть, есть нюансы (излучающих центров-то много, ловушек тоже много разных), но если не копать глубоко, чисто практически — всё ОК.
        
        Газоразрядные — это, вообще говоря, иное. То есть, определенное сходство и пересечение есть, но возбуждение УФ имеет свою специфику, быстрые электроны — свою. И не знаю уж, что за лампами Вы пользуетесь, на 100Гц моргании глаза давно никто не ломает. Как только это стало хоть сколь-нить важным для потребителей — и добавили инерции, и спектр выправили. Совсем избавиться нельзя, там в большинстве процессов экспонента, а как её ни поворачивай, в самом начале она очень уж крута, ничего с этим не сделать.
        
        Там не такая уж и интенсивная интимная жизнь у того графена. Конденсатор помогает.
        
        Трансформатор — да, дорого, да, громоздко. Можно разводить высокие вольты, что тоже не очень заманивает.
        Но у всех источников света свои замороки (ха! будто с ДРЛ или ДНаТ просто было!). В импульсник (достаточно дешевый), кстати, уткнулись ребята, которые сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам. Есть такая группа, знаю людей.
        
        Вопросы есть, не без того, да. Тем более, что сейчас есть масса альтернатив.
        Но какая технология без вопросов? И даже если технология не всеобъемлюща, есть ниши и времена, где она садится намертво, как влитая.
        
        \\В импульсник (достаточно дешевый), кстати, уткнулись ребята, которые сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам. \\
        
        Это он СЕЙЧАС дешёвый. А в 50х…
        
        \\Как только это стало хоть сколь-нить важным для потребителей - и добавили инерции, и спектр выправили. Совсем избавиться нельзя, там в большинстве процессов экспонента, а как её ни поворачивай, в самом начале она очень уж крута, ничего с этим не сделать.\\
        
        Можно питалово выпрямить. Но — да, экспонента, и хорошо её гасить — релаксация в секунды нужна. Такой инерции никто добавить не смог.
        
        По насыщению — та же песня. Если вместо микросекунд — секунды, то считать уже надо. Может для электронов это и не важно, но в флуоресценции затык перманентный.
        
        И ещё момент: электроны, они сцуки и рентген дадут, пусть мягкий. Т.е. тоненькое стёклышко не поставишь…
        
        В 50-х — только централизованое питание высоким током. Но беды тут не вижу: в сети переменного тока на ЖД у нас 30кВ, и ничего, как-то живёт. Почему бы в осветительной сети к городскому освещению не протянуть бы высокое? Да, изоляция дороже. Зато проводки тоненькие. 🙂
        
        Питалово у ртутных выпрямить как раз нельзя: ассиметричный износ электродов будет. Можно увеличить частоту, как в современных ПРА (хотя, ПРА уже ли это? там даже яркость плавно регулируется, и поджиг высоким бывает).
        
        С рентгеном интересно: есть две компоненты — характеристический (тут всё просто — не пихай под луч материалы с жёсткой К-линией, и всё будет ОК) и нормальное тормозное (тут, НЯП, что-то типа четвертой степени эффективного Z материалов). То есть, ежели под лучом алюминий (1.5кэВа характеристическое) и алюмогранаты (алюминий и кислород, эффективное Z где-то там у плинтуса), то рентген через тоненькое стёклышко не пройдёт. Разве что МэВами долбить, но это неудобно по другой причине. 🙂
        Стёклышко может быть и свинцовым (для уличного освещения выгоднее брать высокие напруги), это не такая беда. В конце-то концов, жёсткий УФ из ДРЛ тоже беда та ещё, и двойная колба — не помеха для применения.
        
        То есть, эти проблемы скорее умозрительные даже для нас с Вами.
        В СССР 50-х, где гамма-реле могли ставить как датчик загруза бункера или для перевода стрелки трамвая (ага, вот так жёстко, никто не говорил, что в сказке живём) вопрос бы даже не поднимался.
        
        Киловольты на фонарях? Ой какая жизнь интересная настанет, особенно у подростков:). Но, естественный отбор — это хорошо! 🙂
        
        Питалово выпрямить можно (и нужно). Сгорела одна спираль — перевернул лампу, работает дальше. Ресурс почти вдвое выше!
        
        Рентген — для мощных уличных фонарей с тяжёлой и дорогой колбой — да, нормально и незаметно. Для помещений, аналоги 40-60Вт накаливания — не надо. Не под это технология заточена.
        
        Гамма-реле и т.д… Ну вот уринотерапией тоже занимаются, но это же не значит, что так надо делать:).
        
        И ещё — такие катоды доводить — по любому SEM нужен. В 50х это напряг.
        
        Кстати, одна из вполне попаданческих технологий — АFM. Практической пользы не будет, но Нобелевку где-нить в 60х — легко.
        
        Нет. 🙂 SEM нужен не по-любому, а по-хорошему. 🙂
        В принципе, после указания приблизительной области оптимума системно применяемый метод тыка даёт превосходные результаты.
        
        Подход был другой, более практичный. 3 неизвестно как влияющих параметра? Десять вариаций по каждому по логарифмической шкале, тыща образцов… Делаем, измеряем, смотрим тенденции и области подозрительные на оптимум. Ещё тыща образцов — уточняем. Это даже не НИОКР, а так — тема для аспиранта.
        
        ИМХО, попаданчество на сроки менее 50 лет — это уже не совсем попаданчество и прогрессорство. 🙂
        Тут чем меньше срок заброса, тем ближе к «чтоб я был таким умным вчера, как моя теща завтра»…
        
        Ну, в принципе всё так. Имея десяток статей в смартфоне — можно и без SEMу…
        
        А про «50 лет» — так тут обычно до ВВ2 и не обсуждают:). Отчасти ещё и потому, что чем ближе — тем легче продемонстрировать незнание предмета;).
        
        Думаю всеже сроки менее 50 лет не обсуждают по другой причине 🙂
        Тут не сколько незнание сколько отсутствие по настоящему глобальных идей опередивших время которые может внедрить один эрудированный человек. Требуется огромная работа желательно мощного коллектива.
        Например те же транзисторы или микросхемы: достаточно изложить общие принципы тому же Лосеву или Йофе и дело закрутится, но без вас.
        Вспомнить что арсенид галлия используется в светодиодах можно, но не факт что это сразу даст результат, потребуется экспериментальный поиск, так что нобелевку получит тот, кто на основе этой подсказки сварганит сверхъяркие светодиоды.
        А вот точные рецептуры уж больно конкретные, их из литературы не почерпнешь, только если долго этим сам на практике занимался. Тут вопрос в чем спец наш попаданец. Старший научный сотрудник из лаборатории полупроводников может весьма сильно продвинуть радиотехнику в СССР 30х-50х, специалист по синтезу полимеров сделает аналогичные прорывы в химии но вот в областях друг друга они почти ничем помочь не смогут.
        В последние 50 лет наука стала намного менее глобальна и цена узкого специалиста возросла. Попаданец в это время может подкинуть несколько конкретных технических решений с которыми он знаком, может подтолкнуть науку на общее выгодное направление — электроника-компьютеры и генетика-ГМО-биотехнологии, но не более того.
        А конкретные рецепты, они уж больно узкую вилку применения имеют.
        Например есть несколько конкретных усовершенствований которым можно подвергнуть танк Т-34 в 40-42 годах. Раньше этого танка не было позже их сами придумали. Усовершенствования существенно повышают качество танка и снижают трудоемкость его изготовления.
        Но как уже сказано они годятся только для 40-42 года. Ну и какой толк их обсуждать?
        
        И кстати, да, пример с диодами — отличный. Про то, что арсенид галлия рулит знали с самого начала, заставить его светиться для индикаторных целей тоже смогли почти сразу. Но вот сверхъяркие СИНИЕ диоды — это такая история, про которую можно целый эпос написать. Или снять голливудский фильм когда гений работает-работает-работает, испытывая трудности, все ему не верят, жена бросает, он уже отчаивается, но постигает Восточную Мудрость и работает-работает-работает снова.
        И в конце — абсолютная победа: синий диод (конкурс парикхмахеров выигран, сделка состоялась, первое место на олимпиаде и т.п).
        
        Чтобы повторить такое на 20 лет раньше, нужно всё равно быть Накамурой или где-то около того.
        
        //Чтобы повторить такое на 20 лет раньше, нужно всё равно быть Накамурой или где-то около того.
        Ну или в точности знать секрет и уметь его повторять в лабораторных условиях в силу своей профессии.
        
        Кстати, есть еще один момент: планер, паровую машину, воздушный шар- их может построить один человек. Разумеется при наличии материалов и местных работников которым можно поручить вырезать нужные детали.
        А вот Су-27 или Т-90 во времена ВОВ один человек НИКАК сделать не сможет. Даже при наличии любых помощников! И Т-72 не сделает. И даже Т-55. Придется ему ограничится усовершенствованиями Т-34 или, в крайнем случае, при очень хорошем знании истории танкостроения, замутить разработку Т-44.
        Опять же ни «Конкурс» ни «Метис» одному человеку не осилить, и даже РПГ-7 не повторить, придется ограничится организацией разработки помеси РПГ-2 и РПГ-7, тут уж что получится.
        Заметьте, тут речь именно об организации разработки а не об непосредственном изготовлении. Даже ППС-43 изготовить не удастся. Вернее один экземпляр может и получится замутить, но секрет ППС-43 не в боевых а в технологических характеристиках, нужно знать КАК его дешево и быстро производить а не то как он устроен.
        
        Паровую машину из списка вычеркните, одному не построить.
        
        Это не «или». Тут как раз дело не в том, чтобы знать некий один «секрет» (ну вот как со светодиодами — использовать твердый раствор нитрида галлия). Нужно точно знать именно всю совокупность технологий — выращивание гетероструктур, например, за неё Алфёров свою Нобелевку не зря получил, это не идея, это технология.
        
        То есть, да, человек должен именно работать в этой самой области, и именно над этим самым предметом. Общей эрудиции и даже курса физики полупроводников не хватит.
        
        \\сейчас в России эту технологию пытаются продвинуть на рынок как альтернативу ртутным энергосберегайкам\\ Оффтоп, но онанизмом они занимаются. При нынешних светодиодах-то…
        
        Стартовали они лет пять назад, расклады были иные… Засели в типичной «долине смерти» для стартапов.
        
        Резон был, и какой-то всё ещё есть.
        — катодные лампы экономичнее энергосберегаек и где-то на уровне «длинных» ламп.
        — катодные лампы дёшевы, и они могут выпускаться на том же самом производстве, что и лампы накаливания. Не без вмешательства в процесс 🙂 , но альтернатива — полное закрытие заводов. Они реально дёшевы. Без БП — на уровне ЛН.
        — в катодных лампах нет ртути. Это на самом деле очень сильный аргумент если не для потребителей, то для людей на отвественных постах в государстве. Реально все ртутные лампы идут не на пункты сбора, а просто на свалку, а рассеяная около мест обитания ртуть — это не то, что на самом деле нужно людям.
        
        Светодиоды сейчас очень хороши, но в массовых мощных лампах они только-только подтягиваются к 100Лм/Вт, то есть, только сейчас они _начали_ обгонять «длинные» ртутные трубки, для которых 80-90Лм/Вт — сейчас уже норма. При несравнимой цене за люмен.
        Катодные лампы на самом деле убийцы ртути. Не светодиодов — те слишком хороши. И слишком дОроги. 🙂
        
        Даже 5 лет назад было ясно, что ртутные — устаревают. Сейчас — тем более. Цены на светодиоды уже сравнимы, и будут падать до абсолютных копеек.
        
        Насчёт же экологичности — рентген. Не важно, насколько он реально плох — сам факт наличия не даст получить «зелёные» плюшки.
        В общем, перспективы нулевые с самого начала, разве что денежек на стартапы отъесть, пока давали…

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.

Первые электронные лампы, или радиолампы, как их иногда называют, были очень похожи на электрические лампы накаливания (см. Источники света). Они имели прозрачные стеклянные баллоны такой же формы, а их нити накала ярко светились.

Еще в конце прошлого века известный американский изобретатель Т. Л. Эдисон обнаружил, что раскаленная нить обычной лампы испускает, «выбрасывает» большое количество свободных электронов. Это явление, получившее название термоэлектронной эмиссии, широко используется во всех электронных лампах.

Любая электронная лампа представляет собой металлический, стеклянный или керамический баллон, внутри которого укреплены электроды (см. рис.). В баллоне создается сильное разрежение воздуха (вакуум), которое необходимо для того, чтобы газы не мешали движению электронов в лампе и чтобы электроды служили дольше. Катод - отрицательный электрод - является источником электронов. В одних лампах роль катода выполняет нить накала, в других нить служит миниатюрной электроплиткой, нагревающей трубчатый катод. Анод - положительный электрод - обычно имеет форму цилиндра или коробки без двух стенок, он окружает катод.

Все названия электронных ламп связаны с числом электродов: диод имеет два электрода, триод - три, тетрод - четыре, пентод - пять и т. д.

До наших дней остался неизменным принцип действия первой электронной лампы - диода, изобретенного англичанином Флемингом в 1904 г. Основные элементы этой простейшей лампы - катод и анод. Из раскаленного катода вылетают электроны и образуют вокруг него электронное «облако». Если катод соединить с «минусом» источника питания, а на анод подать «плюс», внутри диода возникает ток (анод начнет притягивать к себе электроны из «облака»). Если же на анод подать «минус», а на катод - «плюс», ток в цепи диода прекратится. Таким образом, в двухэлектродной лампе - диоде ток может идти только в одном направлении - от катода к аноду, т. е. диод обладает односторонней проводимостью тока.

Диод использовали для выпрямления переменного тока (см. Электрический ток). В 1906 г. американский инженер Ли де Форест предложил ввести между анодом и катодом лампы диода еще один электрод - сетку. Появилась новая лампа - триод, неизмеримо расширившая область использования электронных ламп (см. рис.).

Работа триода, как и всякой электронной лампы, основана на существовании потока электронов между катодом и анодом. Сетка - третий электрод - имеет вид проволочной спирали. Она находится ближе к катоду, чем к аноду. Если на сетку подать небольшое отрицательное напряжение, она будет отталкивать часть электронов, летящих от катода к аноду, и сила анодного тока уменьшится. При большом отрицательном напряжении сетка становится непреодолимым барьером для электронов. Они задерживаются в пространстве между катодом и сеткой, несмотря на то что к катоду приложен «минус», а к аноду - «плюс» источника питания. При положительном напряжении на сетке она будет усиливать анодный ток. Таким образом, подавая различное напряжение на сетку, можно управлять силой анодного тока лампы. Даже незначительные изменения напряжения между сеткой и катодом приведут к значительному изменению силы анодного тока, а следовательно, и к изменению напряжения на нагрузке (например, резисторе), включенной в цепь анода. Если на сетку подать переменное напряжение, то за счет энергии источника питания лампа усилит это напряжение. Происходит это потому, что при переменном напряжении между сеткой и катодом постоянный ток в нагрузке лампы изменяется в такт с этйм напряжением, причем в значительно большей степени, чем изменяется напряжение на сетке. Если этот ток пропустить через фильтр верхних частот (см. Фильтр электрический), то на его выходе потечет переменный ток с большей амплитудой колебаний, а на нагрузке появится большее переменное напряжение.

В дальнейшем конструкции электронных ламп развивались очень быстро - появились лампы, содержащие не одну, а несколько сеток: тетроды (лампы с двумя сетками) и пентоды (лампы с тремя сетками). Они позволили получить большее усиление сигналов.

Триоды, тетроды и пентоды - универсальные электронные лампы. Их применяют для усиления напряжения переменного и постоянного токов, для работы в качестве детекторов и в качестве генераторов электрических колебаний.

Широкое распространение получили комбинированные лампы, в баллонах которых имеются по две или даже по три электронные лампы. Это, например, диод-пентод, двойной триод, триод-пентод. Они могут, в частности, работать в качестве детектора (диод) и одновременно усиливать напряжение (пентод).

Электронные лампы для аппаратуры малой мощности (радиоприемников, телевизоров и т. д.) имеют небольшие размеры. Существуют даже сверхминиатюрные лампы, диаметр которых не превышает толщины карандаша. Полную противоположность миниатюрным лампам представляют лампы, применяемые в мощных усилителях радиоузлов или радиопередатчиках. Эти электронные лампы могут генерировать высокочастотные колебания мощностью в сотни киловатт и достигать значительных размеров.

Из-за огромного количества выделяющегося тепла приходится применять воздушное или водяное охлаждение этих ламп (см. рис.).

Просмотров