Классификация и ассортимент электронных ламп. Принцип работы электронных ламп Кенотроны и диоды

Основаны на тех же принципах, что и радиолампы, но, помимо управления интенсивностью электронного потока, также управляют распределением электронов в пространстве и потому выделяются в отдельную группу. Также отдельно выделяют СВЧ электровакуумные приборы с использованием резонансных явлений в электронном потоке (такие как магнетрон).

Энциклопедичный YouTube

1 / 4

✪ Урок 303. Вакуумный триод. Усилитель на вакуумном триоде

✪ Диод. Варикап. Электронная вакуумная лампа.

✪ Лекция 4. Основные характеристики генераторных электронных ламп

✪ Как работает радиолампа. По простому. Диод. Теория+Практика.6Х2П

Субтитры

Принцип действия

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 в газе, наполняющем лампу. Поток может быть создан, как и в вакуумных устройствах, термоэлектронной эмиссией, а может создаваться разрядом в разреженном газе за счёт напряжённости электрического поля. Как правило, такие лампы используются либо в низкочастотных генераторах (тиратроны), либо в схемах управляемых выпрямителей, часто с высокими выходными токами (игнитрон).

Микроэлектронные приборы с автоэмиссионным катодом

Процесс миниатюризации электронных вакуумных ламп привел к отказу от подогреваемых катодов и переходу на автоэлектронную эмиссию с холодных катодов специальной формы из специально подобранных материалов. Это дает возможность довести размеры устройств до микронных размеров и использовать при их изготовлении стандартные техпроцессы полупроводниковой индустрии. В настоящее время такие конструкции активно исследуются.

История

Катод

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

Катод прямого накала представляет собой металлическую нить из металла с высоким удельным электрическим сопротивлением. Ток накала проходит непосредственно через катод. Лампы прямого накала потребляют меньшую мощность, быстрее разогреваются, отсутствует проблема обеспечения электрической изоляции между катодом и нитью накала (эта проблема существенна в высоковольтных кенотронах). Однако, обычно они 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. Лампы прямого накала часто называют «батарейными», так как они широко применялись в аппаратуре с автономным питанием; но прямонакальный катод применяется и в мощных генераторных лампах. Там он представляет собой не нить, а достаточно толстый стержень.

Катод косвенного накала представляет собой цилиндр, внутри которого располагают подогреватель (нить накала), электрически изолированную от катода. Подогреватель приходится раскалять гораздо сильнее, чем прямонакальный катод, поэтому он потребляет намного бо́льшую мощность, лампа выделяет много тепла, требует заметного времени для прогрева (десятки секунд, а то и минуты). Зато площадь катода можно сделать намного больше (а значит, увеличить ток, протекающий через лампу), катод изолирован от источника питания подогревателя (это снимает некоторые схемотехнические ограничения, присущие лампам прямого накала) и питать подогреватель в большинстве случаев можно переменным током (сравнительно массивный катод хорошо сглаживает колебания температуры, и фон переменного тока невелик). Подавляющее большинство ламп малой и средней мощности для стационарной аппаратуры имеют катод косвенного накала.

Чтобы облегчить эмиссию электронов, катоды ламп обычно активируют - покрывают тончайшим слоем вещества, имеющего относительно малую работу выхода : торий , барий и их соединения . Активирующий слой в процессе работы постепенно разрушается и лампа теряет эмиссию, «садится» - с поверхности катода истекает все меньше электронов, уменьшается ток лампы, то есть снижается её усиление и выходная мощность. Срок службы «севшей» лампы можно продлить, немного увеличив напряжение накала; но тут увеличивается риск перегорания подогревателя.

Чисто металлические катоды (например, в мощных лампах с большой плотностью тока катода) делают из вольфрама .

Анод

Положительный электрод. Выполняется иногда в форме пластины, но чаще в форме коробочки, окружающей катод и сетки и имеющей форму цилиндра или параллелепипеда. В мощных лампах анод может иметь рёбра или «крылышки» для отвода тепла. 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 решётку либо (чаще) спираль из тонкой проволоки, навитую вокруг катода на нескольких поддерживающих стойках (траверсах). 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

Основные типы электронных вакуумных ламп:

• Диоды (легко делаются на большие напряжения, см. кенотрон)
• Пентоды и Лучевые тетроды
• Лучевые пентоды (как разновидность этиого типа)
• Гептоды (пентагриды , пятисеточные)
• Комбинированные лампы (фактически включают 2 или более ламп в одном баллоне)
• Лампы со вторичной эмиссией и спецлампы с особыми характеристиками (квадратичной, гиперболической) - создавались для аналоговых ЭВМ, но не получили широкого распространения.

Современные применения

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 , лампы бегущей волны (ЛБВ) обеспечивают сочетание высоких частот, мощностей и приемлемой стоимости (а зачастую другая элементная база в принципе неосуществима).
• Магнетрон можно встретить не только в радаре , но и в микроволновой печи.
• При необходимости выпрямления или быстрой коммутации нескольких десятков киловольт, которую невозможно осуществлять механическими ключами, необходимо использовать радиолампы. Так,

  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.

  В Европе в 1930-е 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:

  • A - диоды;
  • 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 (простые);
  • Z - двухполупериодные кенотроны.

  Двузначное или трёхзначное 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 октальным цоколем;
  • 6х и 7х - стеклянные сверхминиатюрные лампы;
  • 8х и от 180 до 189 - стеклянные миниатюрные с девятиштырьковой ножкой;
  • 9х - стеклянные миниатюрные с семиштырьковой ножкой.

  Газоразрядные лампы

  В газоразрядных лампах обычно используется тлеющий или дуговой разряд в инертных газах или в парах ртути. Такие лампы чаще называют поэтому газоразрядными или ионными (по типу проводимости) приборами. Для очень больших параметров по току и напряжению прибор заполняется жидким диэлектроком (трансформаторным маслом), такие системы называются тригатронами , они способны выдерживать напряжения порядка мегавольт и коммутировать токи порядка сотен килоампер. Проведениен в ионных приборах инициируется либо прямым током через прибор - в стабилитронах, либо подачей управляющего напряжения на сетку/сетки, либо воздействием на газ в приборе ультрафиолетовым или лазерным излучением.

Явление термоэлектронной эмиссии и обусловленный им электронный ток через вакуум лежат в основе устройства очень большого числа разнообразных электронных приборов, нашедших себе чрезвычайно важные применения в технике и в быту. Мы остановимся только на двух наиболее важных типах этих приборов: электронной лампе (радиолампе) и электроннолучевой трубке.

Устройство простейшей электронной лампы показано на рис. 176. В ней имеется раскаленная вольфрамовая нить 1, являющаяся источником электронов (катод), и металлический цилиндр 2 (анод), окружающий катод. Оба электрода помещены в стеклянный или металлический баллон 3, воздух из которого тщательно откачан. Такая двухэлектродная лампа называется вакуумным диодом.

Рис. 176. а) Двухэлектродная лампа (диод): 1 – катод (накаленная нить), 2 – анод (цилиндр), 3 – стеклянный баллон. б) Условное изображение диода

Если мы включим эту лампу в цепь батареи или другого источника тока так, чтобы анод ее был соединен с положительным полюсом источника, а катод – с отрицательным (рис. 177,а), и накалим катод при помощи вспомогательного источника (батареи накала Бн), то испаряющиеся из нити электроны будут лететь к аноду, и через цепь пойдет ток. Если же мы переключим провода так, чтобы минус источника был соединен с анодом лампы, а плюс – с ее катодом (рис. 177,б), то испаряющиеся из катода электроны будут отбрасываться полем обратно на катод, и тока в цепи не будет. Таким образом, диод обладает тем свойством, что он пропускает ток в одном направлении и не пропускает его в обратном направлении. Такого рода устройства, пропускающие ток только в одном направлении, называются электрическими вентилями. Они широко применяются для выпрямления переменного тока, т. е. для превращения его в постоянный ток (§ 166). Вакуумные диоды, специально приспособленные для этой цели, называются в технике кенотронами.

Рис. 177. а) Ток проходит через диод, когда анод соединен с положительным полюсом батареи Ба, а катод – с отрицательным. б) Ток не проходит через диод, когда его анод соединен с отрицательным полюсом батареи, а катод – с положительным. Бн – батарея накала нити

Электронные лампы более сложного типа, нашедшие себе широкое применение в радиотехнике, автоматике и ряде других отраслей техники, содержат, помимо накаленного катода (источника электронов) и собирающего эти электроны анода, еще третий дополнительный электрод в виде сетки, помещаемой между катодом и анодом. Обычно сетка бывает с очень крупными ячейками; например, ее делают в виде редкой спирали (рис. 178).

Рис. 178. а) Трехэлектродная лампа: 1 – катод (накаленная нить), 2 – анод (цилиндр), 3 – сетка (редкая спираль). б) Условное изображение триода

Основная идея, на которой основано применение таких ламп, заключается в следующем. Включим лампу в цепь батареи Ба, как показано на рис. 179, и будем накаливать катод с помощью вспомогательной батареи Бн (батареи накала). Включенный в цепь измерительный прибор покажет, что в цепи идет анодный ток . Подключим теперь к катоду лампы и сетке еще одну батарею Бс, напряжение которой можем произвольно менять, и будем с ее помощью изменять разность потенциалов между катодом и сеткой. Мы увидим, что при этом изменяется и сила анодного тока. Таким образом, мы получаем возможность управлять током в анодной цепи лампы, изменяя разность потенциалов между ее катодом и сеткой. В этом и заключается важнейшая особенность электронных ламп.

Кривая, изображающая зависимость анодного тока лампы от ее сеточного напряжения , носит название вольтамперной характеристики лампы. Типичная характеристика трехэлектродной лампы показана на рис. 180. Как видно из этого рисунка, когда сетка находится при положительном потенциале по отношению к катоду, т. е. соединена с положительным полюсом батареи, то увеличение сеточного напряжения приводит к увеличению анодного тока до тех пор, пока этот ток не достигнет насыщения. Если же мы сделаем сетку отрицательной по отношению к катоду, то при увеличении абсолютного значения сеточного напряжения анодный ток будет падать, пока при некотором отрицательном потенциале на сетке лампа не окажется запертой, т. е. ток в анодной цепи не обратится в нуль.

Рис. 180. Вольтамперная характеристика трехэлектродной лампы

Нетрудно понять причину этих явлений. Когда сетка заряжена положительно относительно катода, она притягивает к себе электроны из облака объемного заряда вблизи катода; при этом значительная часть электронов пролетает между витками сетки и попадает на анод, усиливая анодный ток. Таким образом, способствуя рассасыванию объемного заряда, положительно заряженная сетка увеличивает анодный ток. Наоборот, отрицательно заряженная сетка уменьшает анодный ток, потому что отбрасывает назад электроны, т. е. увеличивает объемный заряд вблизи катода. Так как сетка расположена гораздо ближе к катоду, чем анод, то уже малые изменения разности потенциалов между ней и катодом очень сильно отражаются на объемном заряде и сильно влияют на силу анодного тока. В обычных электронных лампах изменение сеточного напряжения на 1 В меняет анодный ток на несколько миллиампер. Для того чтобы достичь такого же изменения тока путем изменения анодного напряжения, это напряжение нужно было бы изменить гораздо больше – на несколько десятков вольт.

Одним из важнейших применений электронных ламп является применение их в качестве усилителей слабых токов и напряжений. Поясним на простом примере, как это осуществляется. Представим себе, что между сеткой и катодом лампы включен резистор с очень большим сопротивлением , скажем 1 МОм (рис. 181). Проходящий через это сопротивление очень слабый ток , скажем 1 мкА, создаст на этом сопротивлении по закону Ома напряжение . В нашем примере это напряжение равно 1 В. Но при таком изменении сеточного напряжения анодный ток меняется на 2-3 мА. Стало быть, изменение тока через сеточное сопротивление на 1 мкА вызывает изменение анодного тока, в несколько тысяч раз большее. Мы усиливаем, таким образом, первоначальный очень слабый ток в несколько тысяч раз, доставляя необходимую энергию за счет анодной батареи.

Рис. 181. Схема включения трехэлектродной лампы как усилителя тока и напряжения

Если в анодную цепь мы включим некоторое «нагрузочное» сопротивление , скажем 10 кОм, то изменение анодного тока на 2-3 мА вызовет приращение напряжения на этом сопротивлении 20-30 В. Иными словами, изменение сеточного напряжения на 1 В изменяет напряжение между точками и «нагрузочного» сопротивления на 20-30 В. Мы осуществили таким образом усиление первоначального очень малого напряжения.

Лампы с тремя электродами – катодом, анодом и сеткой, – подобные изображенной на рис. 178, носят название триодов. В современной технике широко применяются и более сложные лампы с двумя, тремя и большим числом сеток. Промышленность выпускает в настоящее время для разных целей много десятков типов ламп самых разных размеров, начиная от так называемых «пальчиковых» ламп толщиной с мизинец и длиной несколько сантиметров и кончая лампами выше человеческого роста. В малых лампах, употребляющихся, например, в радиоприемниках, анодный ток равен нескольким миллиамперам, в мощных лампах он достигает многих десятков ампер.

106.1. Почему катод электронной лампы быстро разрушается, если лампа плохо откачана и в ней есть небольшое количество газа?

Представляю Вам HTML-версию книги С.А. Бажанова "Как работает радиолампа. Классы усиления" Госэнергоиздат, Москва, Ленинград 1947г.

Ознакомление с историей изобретения радиолампы возвращает нас к 1881 г., когда известный изобретатель Томас Эдисон обнаружил явление, положенное впоследствии в основу, действия почти каждой радиолампы. Занимаясь опытами, с целью которых было улучшение первых электрических ламп. Эдисон ввел внутрь стеклянной колбы лампы металлическую пластинку, расположив ее поблизости от накаливаемой угольной нити. Эта пластинка совершенно не соединялась с нитью внутри колбы (фиг. 1). Металлический стержень, на котором держалась пластинка, проходил сквозь стекло наружу. Чтобы нить не перегорела, воздух из колбы лампы был выкачан. Изобретатель был весьма удивлен, заметив отклонение стрелки электроизмерительного прибора включенного в проводник, соединяющий между собой металлическую пластинку с положительным полюсом (плюсом) батареи накала нити. Исходя из обычных по тому времени представлений, нельзя было ожидать появления тока в цепи «пластинка - соединительный провод - плюс батареи», так как эта цепь незамкнута. Тем не менее, ток по цепи проходил. Когда же соединительный провод приключили не к плюсу, а к минусу батареи, ток в цепи пластинки прекращался. Эдисон не смог дать объяснения открытому явлению, которое вошло в историю радиолампы под названием эффекта Эдисона.

Объяснение эффекту Эдисона было дано гораздо позже, уже после того, как в 1891 г. Стоием и Томсоном были открыты электроны - мельчайшие отрицательные заряды электричества. В 1900-1903 гг. Ричардсон предпринял научные исследования, результатом которых явилось опытное и теоретическое подтверждение вывода Томсона о том, что раскаленная поверхность проводников испускает, эмиттирует электроны. Оказалось, что способ нагревания проводника безразличен: раскаленный на горящих углях гвоздь эмитирует электроны (фиг. 2) так же, как и накаливаемая электрическим током нить электрической лампы. Чем выше температура, тем более интенсивна электронная эмиссия. Ричардсон глубоко исследовал электронную эмиссию и предложил формулы для расчета количества эмиттируемых электронов Им же было установлено, что будучи нагретыми до одинаковой температуры, разные проводники эмиттируют электроны в различной степени, что было приписано структурным свойствам этих проводников, т. е. особенностям их внутреннего строения. Повышенными эмиссионными свойствами отличаются цезий, натрий, торий и некоторые другие металлы. Этим впоследствии воспользовались при конструировании интенсивных эмиттеров электронов.

Однако, установление одного лишь факта существования электронной эмиссии с поверхности раскаленных проводников (такая эмиссия называется термоионной или термоэлектронной) не объясняет еще появления тока в цепи пластинки лампы Эдисона. Но все становится совершенно понятным, если вспомнить два обстоятельства: 1) разноимённые электрические заряды стремятся притянуться, а одноименные - оттолкнуться; 2) поток электронов образует собой электрический ток тем большей силы, чем большее количество электронов перемещается (фиг. 3). Пластинка, соединяемая с плюсом батареи накала лампы, заряжается положительно и потому притягивает к себе электроны, заряд которых отрицателен. Таким образом, кажущийся разрыв цепи внутри лампы оказывается замкнутым и в цепи устанавливается электрический ток, который проходит через электроизмерительный прибор. Стрелка прибора отклоняемся.

Если пластинку зарядить по отношению к нити отрицательно (это именно и получается, когда она присоединена к минусу батареи накала), то она будет отталкивать от себя электроны. Хотя раскаленная нить и будет по-прежнему эмитировать электроны, но на пластинку они не попадут. Никакого тока в цепи пластинки не возникнет, и стрелка прибора покажет нуль (фиг. 4). Раскаленная нить окажется окруженной со всех сторон большим количеством беспрерывно эмиттируемых нитью и вновь к ней возвращающихся электронов. Это «электронное облако» вокруг нити создает отрицательный пространственный заряд, который препятствует вылету из нити электронов. Устранить пространственный заряд («рассосать электронное облако») можно действием положительно заряженной пластинки. По мере увеличения положительного заряда притягивающее электроны сила пластинки возрастает, все большее и большее количество электронов покидает «облако», направляясь к пластинке. Пространственный отрицательный заряд вокруг нити уменьшается. Ток в цепи пластинки возрастает, стрелка прибора отклоняется по шкале в сторону больших показании. Таким образом, ток о цепи пластинки можно менять изменением положительного заряда пластинки. Это - вторая возможность увеличения тока. О первой возможности мы уже знаем: чем выше температура раскаленной нити, тем сильнее эмиссия. Однако завышать температуру нити можно лишь до известных пределов, после которых возникает опасность перегорания нити.

Но и повышение положительного заряда на пластинке также имеет пределы. Чем сильнее этот заряд, тем больше скорости летящих к пластинке электронов. Получается электронная бомбардировка пластинки. Хотя энергия удара каждого электрона и мала, но электронов много, и от ударов пластинка может сильно накалиться и даже расплавиться.

Увеличение положительного заряда пластинки достигается включением в ее цепь батареи с большим напряжением, причем плюс батареи присоединяется к пластинке, а минус - к нити (к положительному полюсу накальной батареи, фиг. 5). Оставляя температуру нити неизменной, т. е. поддерживая неизменным напряжение накала, можно определить характер изменения тока в цепи пластинки в зависимости от изменения напряжения «пластиночной» батареи. Эту зависимость принято выражать графически построением линии, плавно соединяющей точки, соответствующие показаниям прибора. По горизонтальной оси слева направо обычно откладываются возрастающие значения положительного напряжения на пластинке, а не вертикальной оси, снизу вверх - возрастающие значения тока в цепи пластинки. Полученный график (характеристика) говорит о том, что зависимость тока от напряжения получается пропорциональной только в ограниченных пределах. По мере увеличения напряжения на пластинке ток в ее цепи возрастает сначала медленно, потом быстрее и затем равномерно (линейный участок графика). Наконец, наступает такой момент, когда возрастание тока прекращается. Это насыщение ток не может стать больше: все электроны, эмиттируемые нитью, полностью использованы. «Электронное облако» исчезло. Цепь пластинки лампы обладает свойством одностороннего пропускания электрического тока. Эта односторонность определяется тем, что электроны («переносчики тока») могут проходить в такой лампе только в одном направлении: от раскаленной нити к пластинке. Джону Флемингу, когда он в 1904г. занимался опытами по приему сигналов беспроволочного телеграфа, необходим был детектор-прибор с односторонним пропусканием тока. Флеминг применил в качестве детектора электронную лампу.

Так эффект Эдисона был впервые практически применен в радиотехнике. Техника обогатилась новым достижением - «электрическим клапаном». Интересно сопоставить две схемы: схему приемного устройства Флеминга, опубликованную в 1905 г., и современную схему простейшего приемника с кристаллическим детектором. Эти схемы по существу мало, чем отличаются одна от другой. Роль детектора в схеме Флеминга выполнял «электрический клапан» (вентиль). Именно этот «клапан» явился первой и простейшей радиолампой (фиг. 6). Так как «клапан» пропускает ток лишь при положительном напряжении на пластинке, а электроды, соединяемые с плюсом источников тока, называются анодами, то именно какое название и дано пластинке, какую бы форму (цилиндрическую, призматическую, плоскую) ей ни придали. Нить, присоединяемая к минусу анодной батареи («пластиночной батареи», как мы ее именовали ранее), называется катодом. «Клапаны» Флеминга широко применяются и поныне, не носят другие названия. В каждом современном радиоприемнике с питанием от сети переменного тока имеется устройство, преобразовывающее переменный ток в необходимый для приемника постоянный ток. Это преобразование осуществляется посредством «клапанов», называемых кенотронами, Устройство кенотрона в принципе совершенно такое же, как и прибора, в котором Эдисон наблюдал впервые явление термоэлектронной эмиссии: колба, из которой выкачан воздух, анод и накаливаемый электрическим током катод. Кенотрон, пропуская ток лишь одного направления, преобразовывает переменный ток (т. е. ток, попеременно меняющий направление своего прохождения) в ток постоянный, проходящий все время в, одном направлении. Процесс преобразования кенотронами переменного тока в постоянный получил название выпрямления, что следует, видимо, объяснить формальным признаком: график переменного тока обычно имеет форму волны (синусоиды), тогда как график постоянного тока - прямая линия. Получается как бы «выпрямление» волнистого графика в прямолинейный (фиг. 7). Полное устройство, служащее для выпрямления, называется выпрямителем. Общее название для всех радиоламп с двумя электродами - анодом и катодом (нить хотя и имеет два вывода из колбы, но представляет собой один электрод) двухэлектродная лампа или - сокращенно - диод. Диоды применяются не только в выпрямителях, но и в самих радиоприемниках, где они выполняют функции, относящиеся непосредственно к приему радиосигналов. Таким диодом, в частности, является лампа типа 6X6, у которой в общей колбе помещено два независимых друг от друга диода (такие лампы называются двойными диодами или дубль-диодами). Кенотроны часто имеют не один, а два анода, что объясняется особенностями схемы выпрямителя. Аноды либо располагаются около общего катода вдоль нити, либо каждый анод окружает отдельный катод. Примером одноанодного кенотрона является лампа типа ВО-230, а двуханодовых - лампы 2-В-400, 5Ц4С, ВО-188 и др. График, выражающий зависимость анодного тока диода от напряжения на аноде, называется характеристикой диода.

В 1906 г. Лв де-Форест поместил в пространство между катодом и анодом третий электрод в виде проволочной сетки. Так была создана трехэлектродная лампа (триод) - прототип почти всех современных радиоламп. Название «сетка» сохранилось за третьим электродом и поныне, хотя в настоящее время он далеко не всегда имеет вид сетки. Внутри лампы сетка не соединяется, с каким другим электродом. Проводник от сетки выведен из колбы наружу. Включая между выводным проводником сетки и выводом катода (нити) сеточную батарею, можно заряжать сетку положительно или отрицательно относительно катода - в зависимости от полярности включения батареи.

Когда положительный полюс (плюс) сеточной батареи присоединен к сетке, а отрицательный полюс (минус) - к катоду, сетка приобретает положительный заряд и тем больший, чем больше напряжение батареи. При обратном включении батареи сетка заряжается отрицательно. Если проводник сетки непосредственно соединить с катодом (с каким-либо выводом нити), то сетка приобретает такой же потенциал, какой имеет катод (более точно - какой имеет та точка цепи накала, к которой присоединяется сетка). Можно считать, что при этом сетка получает нулевой потенциал относительно катода, т. е. заряд сетки равен нулю. Находясь под нулевым напряжением, сетка почти не влияет «а поток устремляющихся к аноду электронов (фиг. 8). Основная их масса проходит сквозь отверстия сетки (соотношение между размерами электронов я отверстиями сетки приблизительно таково, как между размерами человека и расстояниями между небесными телами), но некоторая часть электронов все же может попасть на сетку. Отсюда эти электроны по проводнику направятся к катоду, образуя сеточный ток.

Получив заряд того или иного знака (плюс или минус), сетка начинает активно вмешиваться в электронные процессы внутри лампы. Когда заряд отрицателен, то сетка стремится оттолкнуть от себя электроны, имеющие заряд такого же знака. А так как сетка расположена на пути прохождения электронов от катода к аноду, то отталкиванием сетка будет возвращать электроны обратно к катоду (фиг. 9). Если постепенно увеличивать отрицательный заряд сетки, то отталкивающее действие будет возрастать, вследствие чего при неизменном положительном напряжении на аноде и неизменном напряжения накала нити анод будет получать все меньшее количество электронов. Иначе говоря, анодный ток будет уменьшаться. При некотором значении отрицательного заряда на сетке анодный ток может даже совершенно прекратиться - все электроны будут возвращены обратно к катоду, несмотря на то, что анод имеет положительный заряд. Сетка своим зарядом будет преодолевать действие заряда анода. А так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, то ее влияние на поток электронов значительно сильнее. Достаточно изменить лишь немного напряжение на сетке, чтобы анодный ток изменился очень сильно. Такое же изменение анодного тока можно, конечно, получить и за счет изменений анодного напряжения, оставив напряжение на сетке неизменным. Однако для получения точно такого же изменения тока в цепи анода потребуется значительное изменение анодного напряжения. В современных триодах изменение сеточного напряжения на один-два вольта вызывает такое же изменение анодного тока, как и изменение анодного напряжения на десятки и даже сотни вольт.

Положительно заряженная сетка не отталкивает, а притягивает к себе электроны, тем самым, ускоряя их пробег (фиг. 10). Если постепенно увеличивать положительное напряжение на сетке, начиная от нуля, то можно наблюдать следующее. Сначала сетка будет как бы помогать аноду: вылетая из раскаленного катода, электроны испытают более сильное ускоряющее воздействие. Основная масса электронов, направляясь к аноду, по инерции пролетит сквозь отверстия в сетке и попадет в «засеточное пространство» в поле усиленного напряжения анода. Эти электроны попадут на анод. Но некоторая часть электронов попадает непосредственно на сетку и образует сеточный ток. Затем при возрастании положительного заряда сетки сеточный ток будет увеличиваться, т. е. все большее количество электронов от общего электронного потока будет задерживаться сеткой. Но и анодный ток будет увеличиваться, так как скорости электронов возрастают. Наконец, вся эмиссия будет полностью использована, пространственный заряд вокруг катода уничтожится, и анодный ток перестанет возрастать. Наступит насыщение, эмиттированные электроны разделятся между анодом и сеткой, причем большая их часть придется на долю анода. Если еще больше увеличивать положительное напряжение на сетке, то это приведет к возрастанию сеточного тока, но исключительно за счет уменьшения тока анода: сетка будет перехватывать все большее количество электронов из направляющегося к аноду потока их. При очень больших положительных напряжениях на сетке (больших, чем напряжение на аноде) сеточный ток может даже превысить анодный ток, сетка может «перехватить» у анода все электроны. Анодный ток уменьшится до нуля, а сеточный возрастет до максимума, равного току насыщения лампы. Все эммитируемые нитью электроны попадают на сетку.

Характерные свойства трехэлектродных ламп наглядно отображаются графиком зависимости анодного тока от напряжения на сетке при неизменном положительном напряжении на аноде. Этот график называется характеристикой и лампы (фиг. 11). При некотором отрицательном напряжении на сетке анодный ток совершенно прекращается; этот момент отмечен на графике слиянием нижнего конца характеристики с горизонтальной осью, вдоль которой отложены величины напряжений на сетке. В этот момент лампа «заперта»: все электроны возвращаются сеткой обратно на катод. Сетка преодолевает действие анода. Анодный ток равен нулю. При уменьшении отрицательного заряда сетки (движение по горизонтальной оси вправо) лампа «отпирается»: появляется анодный ток, сначала слабый, а потом все более быстро возрастающий. График устремляется кверху, отдаляясь от горизонтальной оси. Момент, когда заряд сетки доведен до нуля, на графике отмечен пересечением характеристики с вертикальной осью, вдоль которой от нуля кверху отложены величины анодного тока. Начинаем постепенно увеличивать положительный заряд на сетке, вследствие чего анодный ток продолжает возрастать и, наконец, достигает максимального значения (ток насыщения), при котором характеристика загибается и далее становится почти горизонтальной. Вся эмиссия электронов полностью использована. Дальнейшее увеличение положительного заряда сетки приведет лишь к перераспределению электронного потока - все большее количество электронов будет задерживаться сеткой и, соответственно, меньшее их количество придется на долю анода. Обычно радиолампы не работают при столь больших положительных напряжениях на сетке, и поэтому пунктирный участок характеристики анодного тока можно не рассматривать. Обратите внимание на характеристику, начинающуюся в точке пересечения осей. Это - характеристика сеточного тока. Отрицательно заряженная сетка не притягивает к себе электроны, и ток сетки равен нулю. При возрастании положительного напряжения на сетке ток в ее цепи, как показывает график, увеличивается. До сих пор мы предусматривали постоянство напряжения на аноде. Но при увеличении этого напряжения анодный ток возрастает, а при понижении - уменьшается. Это приводит к необходимости снимать и, следовательно, вычерчивать не одну характеристику, а несколько - по одной для каждого выбранного значения анодного напряжения. Так получается семейство характеристик (фиг. 12), в котором характеристики, соответствующие более высоким анодным напряжениям, располагаются выше, левее. На большей части своей длины характеристики оказываются параллельными. Итак, есть две возможности влиять на величину анодного тока: изменением напряжения на сетке и изменением напряжения на аноде. Первая возможность требует меньших изменений, так как сетка находится ближе к катоду, чем анод, и поэтому изменения ее потенциала значительно сильнее влияют на электронный ток. Числовой коэффициент, указывающий, во сколько раз влияние сетки при совершенно одинаковых условиях больше влияния анода, называется коэффициентом усиления лампы. Предположим, что увеличение анодного напряжения на 20В оказывает на анодный ток такое же влияние, как изменение сеточного напряжения всего лишь на 1В. Это значит, что конструкция данной лампы такова, что в ней влияние сетки на анодный ток в 20 раз сильнее влияния анода, т. е. коэффициент усиления лампы равен 20. Зная величину коэффициента усиления, можно оценить усилительные свойства лампы, определить, во сколько раз более сильные колебания электрического тока возникнут в анодной цепи, если к сетке подвести относительно слабые электрические колебания. Только введение сетки в лампу позволило создать прибор, усиливающий электрические колебательные токи: диоды, рассмотренные нами ранее, усилительными свойствами не обладают. Существенное значение при оценке свойства лампы имеет крутизна (наклон) характеристики. Лампа с большой крутизной весьма чувствительна к изменениям напряжения на сетке: достаточно изменить сеточное напряжение в очень малой степени, чтобы анодный ток изменился в значительных пределах. Количественно крутизна оценивается величиной изменения анодного тока в миллиамперах при изменении сеточного напряжения на 1 вольт.

Катод в радиолампе представляет собой накаливаемую током тонкую металлическую проволоку (нить). Если накал такой нити осуществлять постоянным током, то и эмиссия электронов будет строго постоянна. Но почти все современные радиовещательные приемники рассчитаны на питание от переменного тока, а таким током накаливать нить нельзя, так как эмиссия электронов будет изменяться, «пульсировать». Из громкоговорителя будет слышен фон переменного тока - неприятное гудение, мешающее слушать программу. Конечно, можно было бы переменный ток сначала с помощью диода вьпрямить, превратить в постоянный, как это и делается для питания анодных цепей - об этом мы уже говорили. Но найден гораздо более простой и более эффективный способ, позволяющий для нагрева катода применять непосредственно переменный ток. В каналах тонкого и длинного фарфорового цилиндрика помещена вольфрамовая нить - нагреватель. Нить накаливается переменным током, и ее тепло передается фарфоровому цилиндрику и надетому поверх него никелевому «чехлу» (фиг. 13), на внешней поверхности которого нанесен тонкий слой окислов щелочного металла (стронция, бария, цезия или др.). Эти окислы отличаются большой эмиссионной способностью даже при сравнительно низких температурах (порядка 600 градусов). Именно этот слой окислов и является источником электронов, т. е. собственно катодом. Вывод катода из колбы присоединен к никелевому “чехлу”, причем никакого, электрического соединения между катодом и накаливаемой нитью нет. Все нагреваемое устройство обладает сравнительно большой массой, которая не успевает терять тепло при быстрых изменениях переменного тока. Благодаря этому эмиссия строго постоянна и никакого фона в приемнике не прослушивается. Но тепловая инерция катода ламп в приемнике является причиной того, что включенный приемник начинает работать не сразу, а лишь, когда катоды нагреются. Сетки в современных лампах чаще всего имеют вид проволочных спиралей: «густая сетка» - витки спиралей расположены ближе друг к другу, «редкая сетка» - расстояния между витками увеличены. Чем гуще сетка, тем при прочих равных условиях больше ее влияние на поток электронов, тем больше коэффициент усиления лампы.

В 1913 г. Лэнгмюйр увеличил количество электродов в лампе до четырех, предложив ввести в пространство между катодом и сеткой ещё одну сетку (фиг. 14). Так был создан первый тетрод - четырехэлектродная лампа, имеющая две сетки, анод и катод. Ту сетку, которую Лэнгмюйр поместил ближе к катоду, называют катодной, а «старую» сетку назвали управляющей, поскольку катодная сетка выполняет лишь вспомогательную роль. Своим небольшим положительным напряжением, получаемым от части анодной батареи, катодная сетка ускоряет поток электронов к аноду (отсюда и другое название сетке - ускоряющая), «рассасывая» электронное облачко вокруг катода. Это позволило применить лампу даже при сравнительно малых напряжениях на аноде. Одно время нашей промышленностью выпускалась двухсеточная лампа типа МДС (или СТ-6), в паспорте которой значилось: рабочее анодное напряжение 8-20В. Наиболее распространенные в то время лампы типа Микро (ПТ-2) обычно работали при гораздо более высоких напряжениях - порядка 100 в. Однако, лампы с катодной сеткой не получили распространения, так как вместо «их вскоре были предложены еще более совершенные лампы. Кроме того, «двухсетки» имели существенный недостаток: положительно заряженная катодная сетка отнимала очень большое количество электронов от общего потока, что равносильно бесполезной их затрате. Хотя и прельщала возможность работать с малыми анодными напряжениями, но этому противопоставлялась большая трата тока, - ощутительной выгоды не получалось. Но введение второй сетки послужило сигналом для конструкторов радиоламп: началась «эпоха» многоэлектродных ламп.

В экранированных лампах пришлось столкнуться с одним неприятным явлением. Дело в том, что электроны, ударяясь о поверхность анода, могут выбивать из него так называемые вторичные электроны. Это по своей природе такие же электроны, только освобожденные из металлической поверхности не нагреванием (как из катода), а электронной бомбардировкой. Один бомбардирующий электрод может выбить несколько вторичных электронов, Получается так, что сам анод превращается в источник электронов (фиг. 16). Вблизи от анода находится положительно заряженная экранирующая сетка, и вторичные электроны, вылетая с малыми скоростями, могут притянуться к этой сетке, если в какой-либо момент напряжение на сетке окажется больше напряжения на аноде. Именно это имеет место в том случае, когда экранированная лампа используется в оконечном каскаде усиления низкой частоты. Устремляясь к экранирующей сетке, вторичные электроны устанавливают в лампе ток обратного направления, и работа лампы совершенно нарушается. Это неприятное явление именуется динатронным эффектом. Но есть средство борьбы с этим явлением. В 1929г. появились первые лампы с пятью электродами, из которых два - анод и катод, а остальные три - сетки. По числу электродов эти лампы получили название пентодов. Третья сетка помещена в пространстве между экранирующей сеткой и анодом, т. е. находится ближе всего к аноду. Она соединяется непосредственно с катодом и, следовательно, имеет такой же потенциал, как и катод, т. е. отрицательный по отношению к аноду. Благодаря этому сетка возвращает вторичные электроны обратно на анод и тем предотвращает динатронный эффект. Отсюда и название этой сетки - защитная или противодинатронная. По многим своим качествам пентоды выше триодов. Они применяются для усиления напряжения высокой и низкой частот и прекрасно работают в оконечных каскадах.

Увеличение числа сеток в лампе не приостановилось на пентоде. Ряд «диод» - «триод» - «тетрод» - «пентод» пополнился еще одним представителем ламповой семьи - гексодом. Это - лампа с шестью электродами, из которых четыре - сетки (фиг. 17). Она применяется в каскадах высокочастотного усиления и частотного преобразования в супергетеродинных приемниках. Обычно сила приходящих к антенне радиосигналов, особенно на коротких волнах, изменяется в весьма значительных пределах. Сигналы то возрастают, то быстро замирают (явление фединга - замирания). Гексод же устроен так, что автоматически быстро меняет коэффициент усиления: слабые сигналы он усиливает в большей степени, а сильные - в меньшей. В результате слышимости выравнивается и поддерживается приблизительно на одном уровне. Автоматизм действия достигается изменением потенциалов на сетках в такт с изменением силы принимаемых сигналов. Такой гексод получил название фединг-гексода. В обычных приемниках такая регулировка усиления также имеет место, но осуществляется посредством пентодов с вытянутой нижней частью характеристики, где крутизна имеет плавно меняющееся значение. Такие пентоды называются
«варимю».

Вторая категория гексодов - смесительные гексоды. В супергетеродинных приемниках принимаемый сигнал сначала понижается по частоте, а затем уже усиливается. Это понижение или преобразование частоты может быть осуществлено и посредством триодов, как это и делалось ранее. Но смесительные гексоды выполняют эту функцию более рационально. В нашей практике радиовещательного приема для выполнения этой функции применяются и другие лампы, с еще большим количеством сеток. Это - пентагриды (пятисеточные лампы) или, как их иначе называют, гептоды (семиэлектродные лампы). Лампы типа 6А8 и 6Л7 относятся к этой категории ламп. Для преобразования частоты в супергетеродинных приемниках применяется также и шестисеточная лампа (восемь электродов) - октод. В отличие от пентагрида октод представляет собой как бы комбинацию триода с пентодом (тогда как пентагрид - триода с тетродом). Появившись позже пентагрида, октод по своим качествам выше своего предшественника.

Но не только в «сеточном направлении» развивались лампы за последние годы. О помещении двух «электрических вентилей» в общую колбу мы уже говорили ранее, касаясь устройства двойного диода типа 6X6. Теперь широко применяются и такие комбинации, как диод-триод, двойные триоды, двойные диод-триоды (ДДТ), двойные диод-пентоды (ДДП), триод-гексоды и т.д. По большей части такие комбинированные лампы имеют общий катод. Работа одной лампы уподобляется работе нескольких более простых. Например, лампа 6Н7 является двойным триодом - два обособленных триода в общей колбе, своеобразные близнецы. Эта лампа с успехом заменяет собой две триодные лампы и может быть использована либо в двухкаскадном усилителе на сопротивлениях, либо в пушпульной схеме (push -pull ), для чего она собственно и предназначена. После детектирования, производимого в супергетеродинных приемниках, обычно посредством диодов, необходимо осуществлять усиление. Для этой цели теперь в общей колбе с детектирующим диодом помещают усилительный триод: так появились диод-триоды. В супергетеродинных приемниках для автоматической регулировки громкости (АРГ) необходимо получать постоянный ток, величина которого менялась бы в такт с силой принимаемых сигналов. Для этих целей можно было бы применить отдельный диод, но и его оказалось возможным поместить в колбу диод-триода. Так в одной лампе разместились сразу три лампы: два диода и триод, и лампа получила название двойной диод-триод. Таким же путем возникли диод-пентод, триод-гексод и т. д. Несколько особняком от других ламп стоит лампа типа 6Л6. Это очень интересная лампа: одного электрода в ней нет, но он как бы подразумевается. С одной стороны, эта лампа - очевидный тетрод, так как в ней всего лишь четыре электрода: катод, анод и две сетки, из которых одна - управляющая, а другая - экранирующая. Но, с другой стороны, 6Л6 - пентод, ибо обладает всеми его свойствами и весьма положительными особенностями. Роль защитной сетки, обязательной для пентода, в лампе 6Л6 выполняет … пустое пространство, искусственно созданная зона, находящаяся между анодом и экранирующей сеткой (фиг. 18). В этой зоне создан нулевой потенциал, именно такой же, какой имела бы защитная сетка, если бы только она существовала в этой лампе. Чтобы создать такую зону, пришлось произвести конструктивные изменения. В частности, анод отнесен дальше от защитной сетки. «Мнимый электрод» действует на вторичные электроны так же, как и защитная сетка, так же предотвращает возникновение динатронного эффекта. Электроны в этой лампе идут от катода к аноду как бы отдельными лучами, проходя в пространствах между витками сеток; отсюда и название лампы - лучевая. Витки сеток так расположены, что экранирующая сетка находится в «электронной тени», создаваемой витками управляющей сетки, ближайшей к катоду. Благодаря этому экранирующая сетка притягивает к себе сравнительно мало электронов, и ток эмиссии почти полностью расходуется на анодную цепь. С боковых узких сторон катода в лампе установлены металлические щитки, соединенные с катодом, благодаря чему электроны попадают на анод только с определенных сторон, где создано равномерное электрическое поле. Никаких «электронных завихрений» не получается, что сказывается в отсутствии искажений в работе лампы. Лучевые лампы обладают высоким коэффициентом полезного действия и способны отдать весьма большую мощность на выходе. Достаточно сказать, что две такие лампы в пушпульной схеме при некоторых условиях могут отдать до 60Вт полезной мощности.

Лампы совершенствуются не только электрически, но также и чисто конструктивно. Первые радиолампы по виду мало, чем отличались от электрических ламп и светили почти так же. Многим еще памятны первые радиолампы, разработанные нашими соотечественниками проф. А. А. Чернышевым и проф. М. А. Бонч-Бруевичем. За последние годы внешний облик радиолампы сильно изменился. Большой вклад в дело создания новых типов ламп и усовершенствования ранее выпущенных внесла наша отечественная научная мысль. Достаточно указать на работы коллектива сотрудников лауреата Сталинской премии орденоносца проф. С. А. Векшинского. Сначала радиолампа, к великому удивлению начинающих радиолюбителей, перестала светить и была обращена только к выполнению своих прямых обязанностей. Затем неоднократно изменялась конфигурация баллона. Появились малогабаритные лампы размером немногим более половины мизинца. Для радиотехнической аппаратуры лабораторного типа были выпущены лампы, величиной и формой похожие на желуди. В настоящее время широко распространены металлические лампы, которые даже как-то и неудобно называть лампами, так как они совсем не светятся. Замена стеклянного баллона металлическим (стальным) - не простая замена: металлические лампы выгодно отличаются от стеклянных малыми габаритами (лампа 6X6, например, величиной всего лишь в грецкий орех), прочностью, хорошей электрической экранировкой (не надо надевать громоздких экранов, как на стеклянные лампы), меньшими междуэлектродными емкостями и пр. Правда, есть и недостатки у металлических ламп, из которых весьма существенно сильный нагрев металлической колбы, особенно у кенотронов.

Сейчас многие типы ламп выпускаются в двух вариантах: в металлическом и стеклянном оформлении. Применение «ключа» на ножке ламп облегчает процедуру вставления лампы, в панельку. Если раньше возможно было неосторожное прикосновение к гнездам панельки не теми штырьками, в результате чего лампа, на мгновение эффектно вспыхнув, навсегда выбывала из строя из-за перегорания нити, то теперь нельзя вставить лампу, пока штырьки не заняли правильного положения. Ошибки, влекущие к гибели лампы, исключены. Ламповая техника непрерывно совершенствуется. Ее уровень определяет прогресс радиотехники.

U a на аноде. Величины напряжений на сетке в вольтах отложены по горизонтальной оси: отрицательные напряжения - влево от нуля, положительные - вправо. Величины анодного тока в миллиамперах - отложены по вертикальной оси, вверх от нуля. Имея перед собой характеристику лампы (фиг. 19), можно быстро определить, чему равен анодный ток при любом напряжении на сетке: при U g = 0, например, i a =i a0 = 8,6 мА. Если интересуют данные при других анодных напряжениях, то вычерчивают не одну характеристику, а несколько: для каждого значения анодного напряжения отдельно. Характеристики для меньших анодных напряжений будут располагаться правее, а для больших - левее. Получается семейство характеристик, пользуясь которым можно определить параметры лампы.

Напряжение на сетке делаем положительным U g = +ЗВ. Что произошло с анодным током? Он увеличился до 12 мА (фиг. 20). Положительно заряженная сетка притягивает электроны и тем самым «подталкивает» их к аноду. Чем больше положительное напряжение на сетке, тем более это воздействие ее на поток электронов, что приводит к увеличению анодного тока. Но наступает такой момент, при котором возрастание замедляется, характеристика получает изгиб (верхний сгиб) и, наконец, анодный ток совершенно перестает, возрастать (горизонтальный участок характеристики). Это - насыщение: все электроны, испускаемые накаленным катодом, полностью отбираются от него анодом и сеткой. При данном анодном напряжении и напряжении накала анодный ток лампы сделаться больше тока насыщения i s не может.

Напряжение на сетке делаем отрицательным, переходим в область левее вертикальной оси, в «левую область». Чем больше отрицательное напряжение и на сетке, чем дальше влево, тем меньше становится анодный ток. При U g = - 4 в анодный ток уменьшается до i a =3мА (фиг. 21). Объясняется это тем, что отрицательно заряженная сетка, отталкивает электроны обратно к катоду, не пропуская их к аноду. Обратите внимание на то, что в нижней части характеристики также получается сгиб, как и в верхней. Как будет ясно из дальнейшего, наличие сгибов значительно ухудшает работу лампы. Чем прямолинейнее характеристика, тем лучше усилительная лампа.

Сделаем отрицательное напряжение на сетке настолько большим, чтобы сетка отталкивала от себя все электроны обратно к катоду, совершенно не пропуская их к аноду. Поток электронов обрывается, анодный ток делается равным нулю. Лампа «запирается» (фиг. 22). Напряжение на сетке, при котором происходит «запирание» лампы, называется «напряжением запирания» (обозначено U gзап). Для взятой нами характеристики U gзап = - 9в. «Отпереть» лампу можно уменьшением отрицательного напряжения на сетке или же увеличением анодного напряжения.

Установив постоянное напряжение на аноде, можно менять анодный ток i a от нуля (i a = 0) до максимума (i a = i s) изменением напряжения на сетке в пределах от U g зап до U g , (фиг. 23). Так как сетка расположена к катоду ближе, чем анод, то достаточно лишь немного изменить сеточное напряжение, чтобы значительно изменить анодный ток. В нашем случае достаточно изменить напряжение на сетке всего лишь на 14,5В, чтобы уменьшить анодный ток от максимуму до нуля. Воздействие сеточного напряжения, на поток электронов - исключительно удобная возможность управления величиной электрического тока, в особенности, если учесть, что это воздействие осуществляется мгновенно, безинерционно.

Будем равномерно и непрерывно менять напряжение на сетке, делая его то положительным, то отрицательным. С этой целью подведем к сетке переменное напряжение U mg1 , называемое напряжением возбуждения лампы. График этого напряжения (синусоида) нанесен на вертикальной оси времени t , идущей вниз от нуля. Анодный ток будет пульсировать - периодически увеличиваться и уменьшаться с частотой, равной частоте напряжения возбуждения. График пульсаций анодного тока, повторяющий по своей форме график напряжения возбуждения, нанесен вдоль горизонтальной оси времени t вправо от характеристики. Чем больше величина U mg1 , тем в больших пределах изменяется анодный ток (сравните U mg1 и I m а1 с U mg 2 и I m а2) (фиг. 24). Точка а на характеристике, соответствующая среднему значению напряжения на сетке и току покоя в анодной цепи: называется рабочей точкой.

Что произойдет, если в анодную цепь лампы (схема слева) включить сопротивление R a ? Через него будет проходить анодный ток i a , вследствие чего на нем получится падение напряжения U Ra , пульсирующее с частотой напряжения возбуждения. Пульсирующее напряжение, как известно, состоит из двух слагаемых: постоянной (в нашем случае U Ra) и переменной (U ma). При правильно выбранной величине R a переменная, слагаемая анодного напряжения U ma в усилителях напряжения оказываемся больше U m g , т. е. осуществляется, усиление переменного напряжения. Отношение U ma к U m g называется коэффициентом усиления схемы. Если усиление, производимое одной лампой, недостаточно, то усиленное первой лампой напряжение подают ко второй лампе, а от второй - к третьей и т. д. Так осуществляется каскадное усиление (фиг. 25). На фигуре справа приведены сильно упрощенные схемы трехкаскадных усилителей: наверху - на сопротивлениях, а внизу - на трансформаторах.

На фиг. 26 показана такая же характеристика лампы, как и на фиг. 24, только без верхнего и нижнего плавных сгибов. Это - идеализированная характеристика. Сравните между собой фиг. 24 и 26 и вы увидите, к чему приводит наличие сгибов на реальной характеристике. Они вызывают искажения в анодной цепи формы кривой усиливаемых колебаний, а эти искажения недопустимы, в особенности, когда они большие. Громкоговоритель, присоединенный к усилителю, работающему с искажениями, воспроизводит хриплые звуки, речь становится неразборчивой, пение - неестественным и т. п. Такие искажения, обусловленные нелинейностью ламповой характеристики, называются нелинейными. Их совершенно не будет, если характеристика строго линейна: здесь график колебание анодного тока в точности повторяет график колебаний напряжения на сетке.

Характеристики большинства усилительных ламп в своей средней части прямолинейны. Напрашивается вывод: использовать не всю характеристику лампы вместе со сгибами, а только прямолинейный средний участок ее (фиг. 27). Это избавит усиление от нелинейных искажений. Чтобы это осуществить, напряжение на сетке не должно превышать в сторону отрицательных значений -U g 1 , а в сторону положительных значений +U g 2 . Величина анодного тока при этом будет меняться в суженных пределах: не от i a =0 до i a =i g (фиг. 23), а от i al до 1 a 2 . В этих пределах ламповая характеристика совершенно линейна, искажений не получится, но зато лампа будет использована не до пределов своих возможностей, ее коэффициент полезного действия (КПД) окажется низким. В тех случаях, когда необходимо получить неискаженное усиление, с этим обстоятельством приходится мириться.

К сожалению, нелинейными искажениями дело не ограничивается. В моменты, когда сетка заряжена положительно, она притягивает к себе электроны, отнимая некоторое их количество от общего потока, направленного к аноду. Благодаря этому в цепи сетки возникает сеточный ток. Анодный ток уменьшается на величину сеточного тока, причем это уменьшение получается тем более резко выраженным, чем больше положительное напряжение на сетке. Вследствие этого при положительных импульсах сеточного напряжения опять выявляются искажения формы анодного тока. Избавиться от этих искажений можно: в процессе усиления напряжение на сетке никогда не должно быть положительным и даже лучше, если оно вообще не доходит до нуля (фиг. 28). Его надо всегда поддерживать отрицательным, и тогда сеточного тока не будет совершенно. Это требование ведет к еще большему сокращению длины используемой части характеристики: правее линии ВГ - токи сетки, левее линия АБ - нелинейные искажения. МН - вот участок характеристики, при использовании которого можно полностью избавиться от искажений в лампе; и их при этом становится еще меньше.

Но как использовать участок МН? Если к сетке подвести лишь напряжение возбуждения U mg , как на фиг. 24 и 26, то неизбежен заход в правую область, в область сеточных токов. Подведем сначала к сетке постоянное отрицательное напряжение U g0 такой величины, чтобы рабочая точка а сместилась влево по характеристике и оказалась как раз посредине участка МН (фиг. 29). Затем подадим к сетке напряжение возбуждения U mg . Заход в правую область будет устранен, если величина U mg не превысит U g0 , т. е. если U mg < U g0 . Работая при таких условиях, лампа не будет вносить искажений. Этот режим работы лампы получил название режима А. Батарея, напряжение которой смещает по характеристике рабочую точку, называется батареей смещения, a ее напряжение U g0 - напряжением смешения.

Среди других режимов низкочастотного усилений режим А - самый неэкономичный: только в отдельных случаях КПД - достигает 30 - 35%, вообще же он поддерживается на уровне 15-20%. Но зато этот режим - самый «чистый», режим с наименьшими искажениями. Его применяют довольно часто, причем, главным образом, в маломощных (до 10-20 Вт) усилительных каскадах, в которых КПД не имеет особо важного значения. У усилительных ламп с круто обрывающейся характеристикой нижний сгиб сравнительно короткий. Пренебрегая внесением незначительных нелинейных искажений (совершенно, кстати, необнаруживаемых при прослушивании звуковой программы), можно допустить более экономичное использование лампы и включить нижний изгиб в рабочий участок МН характеристики (фиг. 30). Такой режим лампы еще сохраняет за собой название режима А.

В учебниках встречается такое определение режима усиления класса А: это - режим, при котором лампа работает без отсечки анодного тока. На фиг. 31 мы показываем, что такое отсечка. Напряжение возбуждения U mg настолько велико, что в течение некоторой части периода U mg лампа совершенно запирается, ток через лампу прекращается. Нижние части кривой анодного тока не воспроизводятся и как бы отсекаются - отсюда и название «отсечка». Отсечка может быть не только снизу, но и сверху (верхняя отсечка, фиг. 28), когда импульс анодного тока превышает ток насыщения лампы. И так, режим А - режим усиления без отсечки. Руководствуясь этим определением, мы могли бы отвести к этому режиму и процессы, графически представленные на фиг. 24 (при U mg2), фиг. 26 (то же при U mg2), фиг. 29 и 30. Но, повторяем, режим А - режим без искажений: такому условию удовлетворяет в полной мере лишь процесс, представленный на фиг. 29.

Широкое распространение получила двухтактная схема усилителя, работающего в режиме А, иначе называемая пушпульной схемой (от английских слов «пуш» - толкать и «пул» - тянуть). В этой схеме использована не одна, а две одинаковые лампы. Напряжение возбуждения подается так, что когда одна сетка заряжается положительно, другая заряжается отрицательно. Благодаря этому возрастание анодного тока одной лампы сопровождается одновременным уменьшением тока другой лампы. Но импульсы токов в анодовой цепи складываются, и в ней получается результирующий переменный ток, равный удвоенной величине тока одной вампы, т. е. i ma =i ma 1 +i ma 2 . Это гораздо легче представить, если одну характеристику расположить в перевернутом виде под другой: сразу становится понятным, как напряжение U mg («раскачка») действует на токи в лампах (фиг. 32). Двухтактная схема работает более экономично и с меньшими нелинейными искажениями, нежели однотактная. Чаще всего эта схема применяется в оконечных (выходных) каскадах, усилителей средней и большой мощности.

Рассмотрим такой случай: на сетку лампы подано напряжение смешения U g0 =U gзап. Тем самым рабочая точка помещена на самый низ характеристики. Лампа заперта, ее полный ток в момент покоя равен нулю. Если в таких условиях к лампе подвести напряжение возбуждения U mg , то в анодной цепи появятся импульсы, тока I ma в форме половинок периодов. Иначе говоря, кривая усиливаемых колебаний U mg исказится до неузнаваемости: срежется вся ее нижняя половина (фиг. 33). Такой режим может показаться совершенно непригодным для низкочастотного усиления - слишком уж велики искажения. Но подождем делать этот вывод о непригодности.

Спрямим у характеристики (фиг. 33) нижний сгиб, превратив реальную характеристику в идеализированную, совершенно прямолинейную (фиг. 34). Нелинейные искажения вследствие наличия нижнего сгиба пропадут, но останется срез воловины кривой усиливаемых колебаний. Если бы удалось этот недостаток устранить или компенсировать, такой режим можно было бы использовать для низкочастотного усиления. Он выгоден: в моменты пауз, когда напряжение возбуждения U mg не подается, лампа заперта и не потребляет от источника анодного напряжения электрический ток. Но как устранить или компенсировать срезание половины кривой? Возьмем не одну лампу, а две и заставим их работать попеременно: одну - от одного полупериода напряжения возбуждения, а другую - от другого, следующего за первым. Когда одна лампа будет «отпираться», другая в этот момент начнет «отпираться», и наоборот. Каждая лампа в отдельности будет производить свою половину кривой, а совместным их действием будет воспроизведена полностью вся кривая. Искажение устранится. Но как для этого соединить лампы?

Конечно, по двухтактной схеме, изображенной на фиг. 32. Только на сетку каждой из ламп в этой схеме придется подать напряжение смещения U g 0 =U gзап. Пока напряжение возбуждения U mg не подается, обе лампы «заперты», их анодные токи равны нулю. Но вот подано напряжение U mg , и лампы поочередно начинают «отпираться» и «запираться» (фиг. 35), работая импульсами, толчками (отсюда и название режима – пуш-пуш - „толкай-толкай"). В этом отличие схемы «пуш-пуш» от схемы «пуш-пул» (фиг. 32), работающей в режиме А. В случае пушпульного режима лампы работают одновременно, тогда как в «пушпушном» - по очереди. Если характеристики ламп совершенно прямолинейны, лампы в точности одинаковы и отсечки у каждой из них выбраны правильно, то искажений не получается совершенно. Такой режим усиления, применимый только для двухтактных схем, получил название идеального режима В.

Но в реальном режиме В, с реальными характеристиками, неизбежны нелинейные искажения из-за нижнего сгиба. Это заставляет во многих случаях отказываться от использования режима В, вообще наиболее экономичного из всех режимов низкочастотного усиления. Какой же режим низкочастотного усиления может быть рекомендован? Режим А, как мы теперь знаем, мало экономичен, и его применение в мощных усилителях не всегда оправдывается. Он хорош только для маломощных каскадов. Случаи использования режима В, также ограничены. Но есть режим, занимающий промежуточное положение между режимами А и В, - это режим АВ. Однако, прежде чем ознакомиться с ним, укажем на принятое подразделение существующих режимов усиления. Если в процессе усиления получается заход в область сеточных токов, в правую область, то к названию режима прибавляется индекс 2, если же работа производится без токов сетки, - индекс 1. Так различают режимы В 1 и В 2 (фиг. 36), режимы АВ 1 и AВ 2 . Обозначения А 1 и А 2 почти не встречаются: режим А - режим совершенно без искажений, а значит, и без токов сетки. Просто - режим А.

Теперь ознакомимся с режимом АВ. В этом режиме, как и в режиме В, лампы работают с отсечкой анодного тока, но рабочая точка на характеристике находится правее и выше, нежели в режиме В. В моменты пауз токи через лампы не прекращаются, хотя они и не велики (i al и i a 2). Положение рабочей точки РТ определяется таким условием: результирующая характеристика АБВГ ламп, работающих в двухтактной схеме (для однотактных схем режим АВ вообще непригоден), должна быть как можно прямолинейнее. В то (же время токи i al и i a2 желательно иметь малыми, поскольку этим во многом определяется КПД. Этим условиям удовлетворяет положение рабочей точки РТ, указанное на фиг. 37. Режим АВ 2 более экономичный, чем режим AB 1 (КПД в режиме АВ 2 достигает 65%, тогда как в режиме АВ 1 - лишь 60%); он применяется в каскадах большой - более 100Вт мощности. В каскадах средней мощности - до 100Вт - рекомендуется режим АВ 1 . Искажения в режиме АВ 2 заметно больше, нежели в режиме АВ 1 .

Наконец, известен еще один режим усиления – режим С. Он характерен тем, что рабочая точка в этом режиме находится левее положения на оси сеточных напряжений, при котором лампа «запирается». На сетку лампы подается отрицательное напряжение смешения U g0 >U gзап. В моменты пауз лампа «заперта», и она «отпирается» только для того, что бы пропустить кратковременный импульс тока, длящийся менее половины периода Umg. Обычно Umg по абсолютному значению больше Ug0, вследствие чего осуществляется заход в область сеточных токов и даже имеет место верхняя отсечка (как показано на фиг. 38 для U mg2). Искажения в режиме С настолько велики, что этот режим непригоден для низкочастотного усиления. Но он наиболее экономичен из всех режимов вообще (КПД до 75-80%) и по этому применяется для усиления высокочастотных колебаний в радиопередающих устройствах, где нелинейные искажения не имеют такого значения, как в технике низкочастотного усиления.

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.).

Существенным преимуществом ламповых усилителей является: отличные звуковые эффекты, детальный, красивый, и очень естественный звук. Ламповый усилитель звучит нежно, сладко, и раскрывается перед вами как очаровательная роза, такой усилитель подходит для воспроизведения идиллической простоты блюза, импровизаций джаза и элегантности классической музыки. Такой усилитель является отличным выбором для людей, которые хотят услышать оригинальный настоящий звук.

Ламповый усилитель унесет тебя в совершенно другой музыкальный мир, приводя ваши чувства в истинное удовольствие, вернет вас в истинный звук.

Хотите наслаждаться более естественным звуком? Вас достал звук транзисторного, или на микросхемах усилителя? Вы хотите купить ламповый усилитель, тогда не упустите этот шанс, читайте статью!

История радиолампы

Еще в 1904 году, британский ученый Джон Амброз Флеминг впервые показал свое устройство для преобразования переменного сигнала тока в постоянный ток. Этот диод по существу состоял из ламп накаливания с дополнительным электродом внутри. Когда нить нагревается до белого накала, электроны отталкиваются от его поверхности в вакууме внутри лампы. А поскольку дополнительный электрод холодный и нить горячая, этот ток может течь только из нити к электроду, а не в другую сторону. Таким образом, сигналы переменного тока могут быть преобразованы в DC. Диод Флеминга был впервые использован в качестве чувствительного детектора слабых сигналов, нового телеграфа. Позже (и по сей день), диод вакуумная радиолампа была использована для преобразовывания тока переменного в постоянный ток в источниках питания для электронного оборудования, например, ламповый усилитель.

Многие другие изобретатели пытались улучшить диод Флеминга, но безуспешно. Единственный, кто преуспел был изобретатель Ли де Форест. В 1907 году он запатентовал радиолампу с тем же содержанием, диода Флеминга, но для дополнительного электрода. Это «сетка» был согнута проводом между пластиной и нитью. Форест обнаружил, что, если он применяет сигнал от беспроводной телеграфной антенны к сетке вместо нити, он мог бы получить гораздо более чувствительный детектор сигнала. В самом деле, сетка меняется («модулирует») ток, протекающий от нити к пластине. Это устройство, названо «ламповый усилитель» было первым успешным электронным усилителем.

Между 1907 и 1960, было разработано много различных семейств радиоламп и ламповых усилителей. За некоторыми исключениями, большинство типов ламп, используемых сегодня, были разработаны в 1950-х или 1960-х годов. Одним из очевидных исключений является триод 300B, который был впервые введен Western Electric в 1935 году. SV300B у версии «Светлана», а также многие другие бренды, по-прежнему очень популярны среди меломанов и аудиофилов по всему миру. Различные лампы были разработаны для радио, телевидения, усилителей мощности, радаров, компьютеров и специализированных компьютеров. Подавляющее большинство этих ламп были заменены на полупроводники, оставив лишь несколько типов радиоламп в основное производство и использование. Прежде чем мы обсудим эти устройства, давайте поговорим о структуре современных ламп.

Внутри радиолампы

Каждая радиолампа представляет в основном стеклянный сосуд, (хотя бывают стальные и даже керамические)внутри нее закреплены электроды . Причем, воздух в таком сосуде очень сильно разряжен. Между прочим, сильное разряжение атмосферы внутри данного сосуда, непременное условие для работы лампы. В
любой радиолампе есть также катод — некий отрицательный электрод, который выступает в качестве источника электронов в радиолампе, и положительный анод электрод. Кстати, катодом может быть также вольфрамовая(тонкая) проволока аналогично нити накала электрической лампочки, или цилиндр из металла, разогреваемый нитью накала, а анодом пластина из металла или коробка, которая имеет цилиндрическую форму. Вольфрамовая нитка, которая выполняет роль катода ее называют просто — нитью накала.

Полезно знать . На всех схемах баллон радиолампы обозначаются в виде некой окружности, катод - дугой, вписанной в данную окружность, а вот анод - небольшой жирной чертой, размещенной над катодом, а их выводы - мелкие линия, которые выходят за пределы этой окружности. Лампы, содержащие эти 2 электрода — анод и катод, называются диодами. Кстати, у большинства ламп между катодом и анодом есть некая спираль из очень тонкой проволоки, которая называется сеткой. Она окружает катод и не соприкасается, расположены сетки на различных расстояниях от него. Подобные лампы называются триоды. Число сеток в лампе может быть от 1 до 5.

По числу таких электродов различают радиолампы трёхэлектродные, 4-х электродные, пятиэлектродные и т. п. Подобные радиолампы называют триоды (с 1ой сеткой), тетроды (с 2мя сетками), пентоды (с 3мя сетками). На всех схемах данные сетки обозначают жирной пунктирной линией, расположенной между анодом и катодом.

Тетродами, триодами, и пентодами называют универсальными радиолампами. Их используют для увеличения постоянного и переменного и тока и напряжения, в качестве детектора и в то же время с усилителем, и многих иных целей.

Принцип действия радиолампы

Работа радиолампы создана на потоках электронов между анодом и катодом (движения электронов). «Поставщик» данных электронов внутри радиолампы будет являться катод, причем уже нагретый до мощной температуры от 800 до 2 000° С. Между прочим, электроны оставляют катод, делая вокруг него некое электронное «облако». Данное явление излучения или испускания катодом этих электронов именуют термоэлектронной эмиссией. Чем больше раскален данный катод, тем все больше электронов он излучает, тем «плотнее» это электронное «облако».

Тем не менее, для того чтобы электроны смогли вырываться из подобного катода, необходимо не только сильно нагреть его, но и высвободить охватывающее пространство от данного воздуха. Если подобного не произвести, электроны, которые вылетают, будут увязать в этих молекулах воздуха. Аудиофилы говорят, «лампа утратила эмиссию», это означает, что с поверхности данного катода все незанятые электроны по какой-нибудь причине больше не могут вылетать. Радиолампа с утраченной эмиссией работать больше не будет. Впрочем, если катод соединить с минусом на источнике питания, а на анод подать +, внутри диода появится ток (анод примется притягивать к себе из облака электроны). Хотя если на анод подавать минус, а плюс на катод, то ток в цепи прервется. Это означает, в 2х электродной лампе диода ток сможет идти лишь в одну сторону, то есть диоды обладают только односторонней проводимостью данного тока.
Впрочем, работа триода, как и любой радиолампы, создана на существовании подобного потока электронов между анодом и катодом. Сетка - 3-й электрод - имеет вид спирали проволочной. Она находится возле катода, чем к аноду. Если же на сетку подавать незначительное отрицательное напряжение, тогда она будет сразу отталкивать часть электронов, которые несутся от катода к аноду, причем, сила анодного тока сразу уменьшится. При высоком отрицательном напряжении сетка станет барьером для электронов. Они будут задерживаться в пространстве между сеткой и катодом. При положительных напряжениях на сетке она будет увеличивать анодный ток. Следовательно, если подавать разнообразное напряжение на сетку, можно распоряжаться силой анодного тока радиолампы.

Срок службы радиолампы

Срок службы лампы определяется временем жизни ее эмиссии катода. Жизнь катода зависит от температуры катода, степень вакуума в радиолампе, и чистоты материалов в катоде.

Срок службы радиолампы также зависит от температуры, это означает, что она зависит от нити или рабочего напряжения нагревателя. Управляйте нагревателем/нити, чтобы снизить слишком большой нагрев, и лампа проживет дольше. Срок службы радиолампы может быть сокращен (особенно в торированных нитях, которые зависят от пополнения тория путем диффузии изнутри проволоки накаливания). Несколько исследователей наблюдали, что время жизни оксида-катода может быть значительно увеличен если нагревать радиолампу на 20% ниже номинального напряжения . Как правило, это имеет очень слабое влияние на электронную эмиссии катода, а может быть, хотя стоит экспериментировать, конечно если пользователь желает увеличить время жизни слабой лампы.

Но низкое напряжение не всегда рекомендуется для радиоламп, потому как она не сможет дать номинальную выходную мощность. Я рекомендую использовать номинальный нагрев или напряжение накала, но эксперименты не рекомендую, если вы не являетесь опытным специалистом .

Оксидные катоды как правило, дают более короткие сроки службы радиолампы. Чистота материалов является большой проблемой в создании долгоживущих оксидов катода — некоторые примеси, такие как никелевая трубка, вызывает в катоде потерю преждевременной эмиссии и «состаривание». Дешевые радиолампы низкого качества часто изнашивается быстрее, чем более высокого качества лампы того же типа, из-за нечистых катодов.

Радиолампы со слабым сигналом почти всегда используют оксидные катоды. Высококачественные лампы этого типа, если они работают в правильном напряжении нагревателя, то срок службы может продлиться 100000 и более часов.

Мировой рекорд в жизни радиолампы

Такая радиолампа была на вооружении в передатчике радиостанции Лос-Анджелеса в течение 10 лет, и проработала в общей сложности более 80 000 часов. Когда, наконец ее не списали из эксплуатации, но радиолампа по-прежнему функционирует, причем нормально. Станция сохраняет лампу как запасную. Для сравнения, типичный оксид-катоде в стекле мощной лампы, например, EL34, будет работать около 1500-2000 часов; и радиолампа с нитью с покрытая из оксида, такого как SV 300B, будет работать около 4000-10 000 часов. Срок службы радиолампы зависит от всех перечисленных выше факторов.

Анод

Анод, является электродом, который проявляется на выходном сигнале. Причем, анод умеет принимать электронный поток, может стать горячим. Особенно в силовых радиолампах. Так что специально разработали для охлаждения такой лампы радиатор, которая излучает тепло через стеклянную колбу (если это стеклянная), жидкостное охлаждение (в больших металлокерамических лампах). Некоторые радиолампы используют пластины из графита, так как она выдерживает высокие температуры и потому излучает очень мало вторичных электронов, которые могут перегреваться на сетке лампы и вызывают сбой.

Сетка

Почти все стеклянные аудиофильские лампы, управляются сеткой, которая является частью металлической проволоки, намотанной на двух мягких металлах. В некоторых радиолампах есть покрытие, как правило, позолоченное или золотое, и есть два вывода, сделанные из мягкой меди. Сетки в больших радиолампах (электростанций) должны выдерживать много тепла, поэтому они часто делаются их из вольфрама или молибденовой проволоки в форме корзины. Некоторые крупные в питании используют корзино-образные сетки из графита.

Наиболее широко используется небольшой триод, 12AX7, который является двойным триодом, который стал стандартом в простых ламповых усилителях или в гитарных усилителях. Другие небольшие стеклянные триоды, используются в аудио оборудования такие лампы 6Н1П, 6DJ8/6922, 12AT7, 12AU7, 6CG7, 12BH7, 6SN7 и 6SL7.

Много и стеклянных электрических триодов, которых в настоящее время на рынке, большинство причем, некоторые направлены на любительскую радиосвязь или высокое качество аудио использования: например, « » ламповый усилитель. Типичными примерами являются Светлана , SV811/572 серии, и лампа 572B. Кстати, лампа имеет очень низкий уровень искажений и используется в очень дорогих ламповых усилителях, также ее используют в радиопередатчиках и больших мощных усилителях звуковой частоты.

Большие металлокерамические электрические триоды часто используются в радиопередатчиках и генерируют радио энергию для использования в промышленных целях . Специализированные триоды многих видов сделаны для особых нужд, таких как радары.

Тетрод

Добавление еще одной сетки триода, между управляющей сеткой и пластиной, превращает его в Тетрод. Это «окно» сетка помогает экрану изолировать, управляющую сетку от пластины. На экране появляется эффект электронного ускорения, увеличивая резко усиление. Экранная сетка в а радиолампе несет в себе определенный ток, который заставляет её нагреваться. По этой причине, экранные сетки обычно покрывают графитом, чтобы уменьшить вторичную эмиссию, который помогает сохранять управляющую сетку холодной.

Многие крупные радиостанции и телеканалы используют гигантские металлокерамические тетроды , которые способны с высокой эффективностью использоваться в качестве ВЧ усилителей мощности. Силовые тетроды также иногда используются в любительском радио и промышленном применении.

Большие керамические тетроды часто называют «лучевые тетроды», потому что их электронно-лучевые формы выбросов дискообразные.

Пентод

Добавив третью сетку к тетроду, мы получаем Пентод. Третья сетка называется супрессор-сетка и вставляется между пластиной и экранном сетки. Она имеет очень мало витков, так как её единственная работа заключается в сборе бродячих электроны от вторичной эмиссии, которые отражаются от пластины, и тем самым устраняют » излом Тетрода». Это обычно работает при том же напряжении в качестве катода. Тетроды и Пентоды, как правило, имеют более высокий уровень искажений, чем триоды, если специальные не используются .

EL34, EL84, SV83 и EF86 это истинные Пентоды. EL34 широко используется в гитарных и высокого класса ламповых усилителях на выходную мощность. Кстати, EL84 ставят в более дешевых гитарных усилителях. SV83 используют в высоком классе в ламповых усилителях и гитарных усилителях, в то время как EF86 используется в качестве малошумящего предусилителя в гитарных усилителях и профессиональном звуковом оборудовании. Один из немногих крупных и мощных пентодов является 5CX1500B, часто используют в радиопередатчиках.

Есть также радиолампы с более тремя сетками. Пентагрид , которая была с пятью сетками, широко используются в качестве преобразователя частоты переднего плана в радиоприемниках. Но такие радиолампы больше не находятся в производстве, будучи полностью заменены полупроводниками.

Лучевой Тетрод

Это особый вид пучка тетрода, с парой «пучков пластин», чтобы ограничить электронный пучек в узкую ленту на каждую сторону катода. В отличие от керамических тетродов, сетки находятся на критическом расстоянии от катода, производя эффект «виртуального катода». Все это приводит к повышению эффективности и меньшим искажениями, чем обычный тетрод или пентод. Первые популярные лучевые тетроды были RCA 6L6, в 1936 году SV6L6GC и SV6550C; также являются самыми популярными в гитарных усилителях, в то время как последний является наиболее распространенной радиолампой питания в современном высококачественном ламповом усилителе звуковой частоты для аудиофилов.

Нагреватель внутри катода

С покрытием из оксида, катод не может нагреть себя, но он должен быть горячим, чтобы испускать электроны. Причем, нагреватель должен быть покрыт электрической изоляцией, который не сгорает при высоких температурах, так что он покрыт порошкообразной окисью алюминия. Это иногда может причиной отказа в таких радиолампах; покрытие стирается или появляются трещины, или нагреватель может коснуться катода. Это может помешать нормальной работе лампы . Высококачественные радиолампы имеют очень прочный и надежный нагреватель из покрытия.

Геттерный

Нам нужно, чтобы был хороший, твердый вакуум внутри лампы, или он не будет работать должным образом. Мы хотим, что вакуум оставался, так долго, насколько это возможно. Иногда, очень небольшие утечки могут появляться в лампе (часто вокруг электрических соединений в нижней части).

Геттерный в большинстве стеклянных радиоламп является маленькой чашкой или держателем, содержащий немного металла, который реагирует с кислородом и поглощает его сильно. (В большинстве современных стеклянных радиоламп, газопоглотитель из металл бария, который окисляет ОЧЕНЬ легко.) Когда лампу откачивают и опечатывают, последний шаг в обработке является «огонь» газопоглотителя, который производит «геттерную вспышку «внутри лампы оболочки. Это серебристый цвет, который вы видите на внутренней стеклянной трубки. Это гарантия того, что радиолампа имеет хороший вакуум. Если такое не удается сделать, то он станет белым (потому что это превращается в оксид бария).

Существуют слухи, что темные пятна указывают на то что лампа использованная. Это не соответствует действительности. Иногда, газопоглотительная вспышка не идеально однородна, и обесцвеченные или ясные пятна могут проявится на лампе . Единственный надежный способ определить здоровая радиолампа или нет, проверить его ЭЛЕКТРИЧЕСКИ.

Также они используют металл, обычно покрытый цирконием или титаном, который был очищен, чтобы окислить. Светлана 812A и SV811 использует такие методы.

Наиболее мощные стеклянные трубки имеют графитовые пластины. Графит термостойкий (на самом деле, он может работать долго в течение длительного времени без сбоев). Графит не склонен к вторичной эмиссии, как отмечалось выше. И, горячая пластина графита будет вступать в реакцию и поглощать, любой свободный кислород в лампе. Серия Светлана SV572 и 572B использует графитовые пластины, покрытые очищены титаном, комбинации, которая дает превосходное действие газопоглощения. Графитовая пластина гораздо дороже в производстве, чем металлическая пластина того же размера , поэтому как максимальной допустимой мощности не требуется. Большие керамические используют цирконий. Поскольку вы не можете видеть «вспышку» с таких ламп, состояние вакуума лампы должна быть определена с помощью электрических устройств.

Сборка радиолампы

Обычная стеклянная аудио радиолампа выполнена на конвейере людьми владеющими пинцетом и малой электрической сваркой. Они собирают катод, анод, сетки и другие детали внутри набора слюды или керамических прокладок, в обжимной узел вместе. Электрические соединения затем приваривают точечной сваркой к базовой проводке радиолампы. Эта работа должна быть сделана в довольно чистых условиях, хотя и не столь крайних, как «стерильная комната», которая используется, чтобы сделать полупроводники. Здесь носят халаты и шапки, и каждая рабочая станция оснащена постоянным источником фильтрованной воздушного потока, чтобы не попала пыль на части радиолампы.

После того, как закончена сборка комплектующих, потом прикрепляют к основанию стекло и запаивают к базовому диску. Сборка радиоламп продолжается, в выхлопном трубопроводе, который проходит в многоступенчатом ​​высоко-мощном вакуумном насосе.

Сначала идет вакуумная откачка; когда насос работает, индукционная катушка ВЧ находится над узлом лампы и все металлические части подогреваются. Это помогает удалить все газы, а также активизировать катодное покрытие.

Через 30 минут или более (в зависимости от типа радиолампы и вакуума), труба автоматически поднимается вверх и небольшое пламя герметизирует его.

Вращается поднос, когда в лампу вводится серия оперативных напряжений, более высоких, чем номинальное напряжение нагревателя.

Наконец остальная часть радиолампы будет удалена, базовая проводка прикреплена к внешней базе (если это восьмеричный базовый тип) с помощью специального термостойкого цемента, и готовый радиолампа готова к старению и выгорания в стойке. Если радиолампа отвечает ряду оперативных спецификации в специальном тестере, то она отмечается и отправляется.

Металлокерамические

Если вы хотите контролировать много энергии, то хрупкая стеклянная радиолампа сложнее в использовании. Так, действительно большие радиолампы сегодня полностью выполнены из керамического изолятора и металлических электродов.

В этих больших радиолампах, пластина также является частью внешней оболочки радиолампы. Такая пластина проводит ток по лампе и умеет рассеивать много тепла, это сделано как радиатор, через который будет продуваться охлаждающий воздух, или она имеет отверстия, через которые вода или другая жидкость закачивается для охлаждения радиолампы.

Лампы с воздушным охлаждением часто используются в радиопередатчиках, в то время как радиолампы с жидкостным охлаждением используются для создания радио энергии для отопления в промышленност и. Такие радиолампы используются в качестве «индукционных нагревателей «, чтобы сделать другие виды продуктов — даже другие радиолампы.

Керамические лампы изготавливаются на другом оборудовании, чем стеклянные радиолампы, хотя процессы схожи. Мягкий металл, а не стекло, и его, как правило, обжимают на гидравлическом прессе. Керамические части, как правило, в форме кольца и металлические пломбы припаяны к их краям ; они присоединены и свариваются с металлическими деталями с помощью сварки или пайки.

ПОЧЕМУ радиолампы еще используются?

Многие большие радио-станции продолжают использовать большие радиолампы электростанций, особенно для уровней мощности выше 10000 Вт и для частот выше 50 МГц. Мощные UHF телеканалы и крупные FM станций исключительно на питание от радиоламп. Причина: стоимость и эффективность! Но на низких частотах транзисторы более эффективные и менее дорогие, чем радиолампы.

Создание большого твердотельного передатчика потребует сотни или тысячи силовых транзисторов параллельно в группы по 4 или 5. Кроме того, они требуют больших теплоотводов Радиолампа, не требует сумматора, а может быть охлаждена воздухом или водой, что делает его лучше, чем твердотельный.

Это уравнение становится еще более выраженным в диапазоне сверхвысоких частот. Почти все коммерческие спутники связи применяют лампы для своих «нисходящих» усилителей мощности. В «восходящей линии связи» наземные станции также используют радиолампы. А для высокой выходной мощности, радиолампы кажется царствовует безраздельно. Экзотические транзисторы еще используются только для усиления слабого сигнала и выходной мощностью менее 40 Вт, даже после значительных достижений в области технологии. Низкая стоимость электроэнергии, вырабатываемой радиолампы сохраняет их экономически жизнеспособным, в уровне развития науки.

Усилители ламповые гитарные

В общем, только очень дешевые гитарные усилители (и несколько специализированных профессиональных моделей) являются преимущественно твердотельными. Мы подсчитали, что не менее 80% рынка для высокого класса гитарных усилителей построены на моделях полностью ламповых или гибридных. Особой популярностью у серьезных профессиональных музыкантов современные версии классических Fender, Маршалл и модели Vox с 1950-ых и 1960-ых. Этот бизнес, как полагают, составляют не менее $ 100 миллионов по всему миру по состоянию на 1997 год.

Почему ламповые усилители? Это звук, который хотят музыканты. Усилитель и динамик становятся частью музыкального . Своеобразные искажения и затухания динамики характеристики луча тетрода или пентодного усилителя, с выходным трансформатором, чтобы соответствовать нагрузке громкоговорителя, является уникальным и трудно имитировать его твердотельными устройствами. И методы по внедрению каменных усилителей, по-видимому, не увенчались успехом; профессиональные гитаристы снова возвращаются к ламповым усилителям .

Даже самые молодые рок-музыканты, кажется, очень консервативны и фактически они используют ламповое оборудование, чтобы сделать свою музыку. И их предпочтения указали им на проверенную годами радиолампу.

Профессиональное аудио

Студии записи немного под влиянием распространенности радиолампы гитарных усилителей в руках музыкантов. Кроме того, классические конденсаторные микрофоны, микрофоны, предусилители, ограничители, эквалайзеры и другие устройства стали ценными предметами коллекционирования, так как различные инженеры записи обнаружили значение радиолампы в оборудовании и в получении специальных звуковых эффектов. Результатом стал огромный рост в продажах и рекламе радиолампового оборудования и аудио процессоров для использования записи.

Высокое качество звука для аудиофилов

На своей нижней точке в начале 1970-х, продажи радиоламп для HIGH-END ламповых усилителей были едва
уловимым против основной массы бума потребительской электроники. Но даже несмотря на закрытие американских и европейских заводов радиоламп после, и начиная с 1985 года были бумом продаж «высокого класса» аудиокомпонентов. И вместе с ними начался бум продаж лампового звукового оборудования для домашнего использования – ламповый усилитель. Использование радиоламп был очень спорным в инженерных кругах, но спрос на радиолампы High End оборудования продолжают расти.

Использование радиолампы

Когда я должен заменить лампу?

Вы должны заменить только радиолампы в ламповом усилителе, тогда когда вы начинаете замечать изменения в качестве звука. Обычно звук станет «тупой» и потом будет казаться, что притупляется еще больше. Кроме того, коэффициент усиления усилителя уменьшится заметно. Обычно этого предупреждения достаточно, для замены
ламп . Если пользователь имеет очень жесткие требования к радиолампе, то лучший способ проверить лампу с надлежащим тестером. Они все еще доступны на рынке подержанных; хотя новые не были изготовлены в течение многих лет. Один тестер в настоящее время производит сегодня, Maxi-Matche. Тестер подходит для тестирования 6L6, EL34, 6550 и типов. Если вы не можете найти тестер для радиолампы, поговорите с сотрудниками технической службы.

Голубое свечение — чем это вызвано?

Стеклянные радиолампы имеют видимый блеск внутри них. Большинство аудио ламп используют оксидные катоды, которые светятся радостным теплым оранжевым цветом. И торированного-накаливания радиолампы, такие как SV811 и SV572 триоды, показывают бело-горячий жар от своих нитей и (в некоторых усилителях) небольшое оранжевое свечение от своих нитей. Все это нормальные последствия. Некоторые новички в аудио-мире также замечают, что некоторые из их радиоламп излучают голубоватый блеск. Есть две причины для этого свечения в ламповых усилителях; один из них является нормальным и безвредным, другой происходит только в плохом ламповом усилителе.

1) Большинство радиоламп Светлана показывают флуоресцентное свечение. Это очень глубокий синий цвет. Это обусловлено теми, незначительными примесями, такими как кобальт. Быстро движущиеся электроны ударяют в молекулу примеси, возбуждают их, и производят фотоны света характерного цвета. Это обычно наблюдается на внутренней поверхности пластины, на поверхности распорок, или на внутренней стороне стеклянной оболочки. Это свечение безвредно. Это нормально и не указывает на неисправность трубки. Наслаждайтесь этим. Многие аудиофилы считают, что такое свечение улучшает внешний вид радиолампы во время работы.

2) Иногда радиолампа будет светиться под небольшой утечкой. Когда воздух попадает в лампу, и когда высокое напряжение прикладывается к пластине, молекулы воздуха могут ионизировать. Свечение ионизированного воздуха довольно сильно отличается от свечения флуоресцентного, ионизированный воздух является сильным фиолетовым цветом, почти розовым. Этот цвет обычно появляется внутри пластины радиолампы (хотя и не всегда). Он не цепляется к поверхностям, как флуоресценция, но появляется в промежутках между элементами. Радиолампа показывает это свечение и следует заменить её сразу, так как газ может вызвать ток анода утечку и (возможно) приведет повреждению лампового усилителя .

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ : некоторые старые High End ламповые и гитарные усилители, и очень немногие современные усилители, используют специальные лампы, которые зависят от ионизированного газа для их нормальной работы.

Некоторые ламповые усилители используют выпрямители ртутные, такие как 83, 816, 866 или 872. Эти радиолампы светятся сильным сини-фиолетовым цветом при нормальной эксплуатации. Они превращаются переменного тока в постоянный ток для запуска других радиоламп.

И иногда, старинные и современные ламповые усилители используют регулятор для радиоламп газоразрядных, например типов 0A2, 0B2, 0C2, 0A3, 0B3, 0C3 или 0D3.

Эти лампы работают на ионизированном газе для контроля напряжения очень плотно, и обычно светятся либо сине-фиолетовым или розовым, когда в нормальном режиме.

Что такое класс А, В, АВ, ультралинейный ламповый усилитель, и т.д.?

1. Класс А означает, что мощность проводит такое же количество тока все время, будь то на холостом ходу или работает на полную мощность. Класс очень неэффективный для электричества, но, как правило, дает очень низкий уровень искажений и отличный звук.

Есть несимметричный класс, или SE, усилители. Они используют одну или несколько радиоламп параллельно, которые работают все в фазе друг с другом. Они обычно используются в небольших гитарных усилителях и в High End высокого класса усилителях. Многие аудиофилы предпочитают ламповый усилитель SE, даже если он имеет относительно высокий уровень искажений четного порядка. Большинство 300B высокого класса ламповые усилители SE. Отрицательная обратная связь(ООС), которая может быть использована, чтобы уменьшить искажение усилителя, не особо ощущается в звуке. Большинство ламповых усилители SE без ООС.

Также двухтактные ламповые усилители класса А — они используют две, четыре или более трубок (всегда в паре), которые приводятся в противофазе друг к другу. Это сводит на нет искажения даже четного порядка и дает очень чистый звук. Примером класса А в двухтактном ламповом усилителе является гитарный усилитель Vox AC-30. Высокие токи могут, как правило, изнашивать катоды радиоламп быстрее, чем в ламповом усилителе АВ.

Есть два вида класса А, которые можно применить к несимметричным или двухтактным

Класс А1 означает, что напряжение сетки всегда более отрицательное, чем напряжение катода. Это дает максимально возможную линейность и используется с триодах, таких как SV300B, и пентодах.

Класс A2 означает, что сетка приводится более положительно, чем для части катода или всего сигнала. Это означает, что сетка будет опираться на ток с катода и нагреваться. А2 не часто используется в пентодах или триодах как SV300B, особенно в аудио ламповых усилителях. Обычно ламповый усилитель класса-A2 будет использовать радиолампы со специальными прочными сетками, таких как SV811 и SV572 серии триодов.

2. Класса АВ относится только к . Это означает, что, когда сетка одной радиолампы управляется, пока его анодный ток не отсекает (останавливает) полностью, то другая радиолампа берет на себя и обрабатывает выходную мощность. Это дает большую эффективность, чем класса А. Он также приводит к увеличению искажений, если усилитель не тщательно спроектирован и использует некоторые негативные отклики. Есть класс-AB1 и класс-AB2 усилители; различия такие же, как было объяснено.

Бестрансформаторные ламповые усилители особая высокотехнологичная продукция. Потому что это дорого и сложно причем, некоторые инженеры решили вообще ликвидировать трансформатор. К сожалению, радиолампы имеют относительно высокие выходные импедансы по сравнению с транзисторами. Хорошо продуманный бестрансформаторный ламповый усилитель способен на качество звука и доступен сегодня. Такой ламповый усилитель, как правило, требуют больше ухода и большую заботу в использовании, чем трансформаторный.

В последние годы, бестрансформаторный ламповый усилитель получил плохую репутацию ненадежности. Это было только проблемой с некоторыми производителями недорогих, которые с тех пор вышли из бизнеса. Хорошо продуманный ламповый усилитель может быть столь же надежный, как трансформаторный.

Скачать отличные книги «Ламповый усилитель своими руками» можно БЕСПЛАТНО Размер 220.47 MB!!!

2 часть книг про Ламповый усилитель можно БЕСПЛАТНО Размер 122.41 MB!!

Я надеюсь, что это объяснение хоть немного помогло. Пожалуйста, оставляйте комментарии ниже, чтобы я мог вернуться к вам. Не бойтесь меня и добавляйтесь в