I. Как работает радиолампа

21.07.2019

Электронная лампа - электровакуумный прибор (электровакуумные приборы - приборы для генерации, усиления и преобразования магнитной энергии, в которых рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы жесткой газонепроницаемой оболочкой), действие которого основано на изменении потока электронов (отбираемых от катода и движущихся в вакууме) электрическим полем, формируемым с помощью электродов. в зависимости от значеня выходной мощности электронные лампы делятся на приемно-усилительные лампы (выходная мощность - не свыше 10 Вт) и генераторные лампы (свыше 10 Вт).

Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7 см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15-20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.

Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом.

Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator), - первая машина с хранимой программой. UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.

Когда в СССР стало известно о создании в США машины ENIAC в АН Украины и в АН СССР была начата разработка первой, отечественной, действующей ЭВМ. Сведения о разработках на Западе поступали отрывочные, и, естественно, документация по первым ЭВМ была недоступна нашим специалистам. Руководителем разработки был назначен Сергей Александрович Лебедев. Разработка велась под Киевом, в секретной лаборатории в местечке Феофания. Малая электронная счетная машина (МЭСМ) - так называлось детище Лебедева и сотрудников его лаборатории - занимала целое крыло двухэтажного здания и состояла из 6 тысяч электронных ламп. Ее проектирование, монтаж и отладка были выполнены в рекордно быстрый срок - за 2 года, силами всего лишь 12 научных сотрудников и 15 техников. Несмотря на то, что МЭСМ по существу была лишь макетом действующей машины, она сразу нашла своих пользователей: к первой ЭВМ выстраивалась очередь киевских и московских математиков, задачи которых требовали использования быстродействующего вычислителя. В своей первой машине Лебедев реализовал основополагающие принципы построения компьютеров, такие как:

Ш наличие арифметических устройств, памяти, устройств ввода/вывода и управления;
Ш кодирование и хранение программы в памяти, подобно числам;
Ш двоичная система счисления для кодирования чисел и команд;
Ш автоматическое выполнение вычислений на основе хранимой программы;
Ш наличие как арифметических, так и логических операций;
Ш иерархический принцип построения памяти;
Ш использование численных методов для реализации вычислений.

После Малой электронной машины была создана и первая Большая - БЭСМ-1, над которой С.И. Лебедев работал уже в Москве, в ИТМ и ВТ АН СССР. Одновременно с ИТМ и ВТ и конкурируя с ним, разработкой ЭВМ занималось недавно сформированное СКБ-245 со своей ЭВМ "Стрела".

БЭСМ и "Стрела" составили парк созданного в 1955 году Вычислительного центра АН СССР, на который сразу легла очень большая нагрузка. Потребность в сверхбыстрых (по тем временам) расчетах испытывали математики, ученые-термоядерщики, первые разработчики ракетной техники и многие другие. Когда в 1954 году оперативная память БЭСМ была укомплектована усовершенствованной элементной базой, быстродействие машины (до 8 тысяч операций в секунду) оказалось на уровне лучших американских ЭВМ и самым высоким в Европе. Доклад Лебедева о БЭСМ в 1956 году на конференции в западногерманском городе Дармштадте произвел настоящий фурор, поскольку малоизвестная советская машина оказалась лучшей европейской ЭВМ. В 1958 году БЭСМ, теперь уже БЭСМ-2, в которой память на потенциалоскопах была заменена ЗУ на ферритовых сердечниках и расширен набор команд, была подготовлена к серийному производству на одном из заводов в Казани. Так начиналась история промышленного выпуска ЭВМ в Советском Союзе!

Элементная база первых вычислительных машин - электронные лампы - определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

91 комментарий Электронная лампа, принцип действия

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

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

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

Согласен.

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

>>Ну разве что его занесет в первую мировую

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

>>но вот научить местных его производить- вряд ли

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В 1883 году знаменитый изобретатель Эдисон, работая над усовершенствованием лампы накаливания, обнаружил, что помещенная в вакуум нить лампы при сильном нагревании начинает «выбрасывать» в окружающее пространство большое количество электронов. Это явление, названное термоэлектронной эмиссией, получило широкое применение в электронных лампах. Первые электронные лампы имели такие же прозрачные стеклянные баллоны, как и электрические лампы накаливания. Нити накала в них ярко светились. сегодня имеет стеклянный, металлический или керамический баллон. Внутри баллона укреплены электроды и создается вакуум, чтобы газы не препятствовали движению электронов и электроды служили дольше. Лампа имеет катод и анод. Отрицательный электрод — это катод, он служит источником электронов. Положительный электрод — анод окружает катод. Анод бывает цилиндрической формы или коробки, не имеющей 2-х стенок. Названия электронных ламп зависят от количества электродов: 2 электрода — диод; 3 — триод; 4 — тетрод и т.д.

Первая электронная лампа была изобретена английским ученым Флемингом в 1904 году. Используя «эффект Эдисона», он создал детектор, который назовут «двухэлектродной трубкой» или «диодом». В стеклянный баллон с разреженным газом Флеминг поместил нить накала, которую окружал металлический цилиндр. При нагревании электрод лампы начинал испускать электроны, вокруг него образовывалось электронное облако. Плотность облака увеличивалась при повышении температуре электрода. Если электроды лампы подключались к источнику тока, возникало электрическое поле. Если отрицательный полюс источника соединялся с нагретым электродом (катодом), а положительный — с холодным (анодом), то электроны под влиянием электрического поля покидали «облако» и направлялись к аноду. Между анодом и катодом появлялся электрический ток. В случае, если анод зарядить отрицательно, он будет отталкивать электроны, а катод с положительным зарядом — притягивать. Тока в цепи не будет. В диоде Флеминга ток шел в одном направлении, т.е. обладал односторонней проводимостью. Приемная схема с диодом Флеминга почти не отличалась от прочих радиосхем и не осуществила переворота в радиотехнике.

Выдающимся достижением в этой области стало изобретение американского инженера Ли де Фореста. В 1907 году он создал лампу с дополнительным третьим электродом, названным им «сеткой». Лампу изобретатель назвал «аудином», правда, в дальнейшем ее стали называть «триод». Работа триода, как и любой электронной лампы, построена на движении электронов между катодом и анодом. Третий электрод (сетка) был расположен ближе к катоду, не был сплошным, имел вид спирали из проволоки, пропускал электроны, направленные от катода к аноду. При подаче на сетку не высокого отрицательного напряжения уменьшалась сила анодного тока, т.к. сетка отталкивала какую-то часть электронов, двигавшихся от катода к аноду. Если на сетку поступало высокое отрицательное напряжение, она становилась непреодолимым препятствием для электронов, которые задерживались между катодом и сеткой. Анодный ток прекращался, хотя на катоде был «минус», а на аноде - «плюс». Если на сетку подать положительное напряжение, она начинает притягивать электроны, помогая аноду, сила тока, проходящая через лампу, значительно увеличивается. Итак, подавая на сетку разное напряжение, можно регулировать силу анодного тока. Даже небольшие изменения напряжения, происходящие между катодом и сеткой, вызывают большие изменения анодного тока. Это позволяло использовать электронную лампу для увеличения малых переменных напряжений и, соответственно, для широкого применения на практике.

Появление триодов привело к быстрым эволюционным переменам радиоприемных схем. Появилась возможность усиливать принимаемый сигнал в сотни раз, чувствительность приемников возросла многократно. Уже в 1907 году Ли де Форест предложил схему лампового приемника. Однако первая трехэлектродная лампа имела ряд значительных недостатков. Так, электроды располагались так, что значительная часть электронного потока направлялась на стеклянный баллон, а не на анод. Плохо откачанная лампа содержала молекулы газа, которые, ионизировавшись, оказывали разрушительное воздействие на нить накала. В 1910 году Либен усовершенствовал лампу-триод. Сетка представляла перфорированный лист алюминия и помещалась в центре лампы, поделив ее на 2 части. Внизу находилась платиновая нить накала. Анод в форме спирали из алюминиевой проволоки или прутика размещался в верхней части лампы. Чтобы защитить нить накала, ее покрывали тонким слоем бария или окисла кальция. Для дополнительной ионизации внутрь лампы вводились ртутные пары, что увеличивало катодный ток.

Вскоре появились лампы с несколькими сетками: тетроды — лампы с 2-мя сетками; пентоды — с 3-мя. Это были универсальные электронные лампы для усиления напряжения постоянного и переменного токов. Их использовали как детекторы и генераторы электрических колебаний. Появились и комбинированные лампы, в их баллонах было по две, три электронные лампы и назывались они: диод-пентод, триод-пентод и т.д. Такие лампы работали как детекторы (диод) и усилители напряжения (пентод). В зависимости от применения электронные лампы имеют разные размеры: от сверхминиатюрных, не толще карандаша, (радиоприемники, телевизоры и проч.) до огромных, в рост человека, (усилители радиоузлов, радиопередатчики).

Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. За последние 50 лет произошла смена уже не одного поколения компьютеров. И если первые четыре поколения отличались друг от друга только элементной базой и архитектурой, то так и не созданные «компьютеры пятого поколения» должны были включать в себя функции искусственного интеллекта.

К первому поколению относятся компьютеры на основе электронных ламп и реле (40-е года XX века). Оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках. Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы – 7 см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 минут одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15-20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось много времени. Быстродействие таких вычислительных систем: 5-30 тыс. арифметических операций в секунду. Данные заносились в память ЭВМ при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом. Такие компьютеры использовались в основном для научно-технических расчетов.

1 июля 1948 года фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу – транзистор. Это событие можно считать началом компьютеров второго поколения . Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме «Digital Equipment» выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов.

Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности. Самым главным отличием транзистора является то, что он один заменяет 40 электронных ламп и при этом работает с большей скоростью, выделяет очень мало тепла и почти не потребляет электроэнергию.

Появление интегральных схем ознаменовало появление машин третьего поколения . Интегральная схема, представляет собой миниатюрную электронную схему площадью около 10 квадратных миллиметров. Интегральная схема способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Частью ЭВМ становятся операционные системы. Многие задачи управления памятью, устройствами ввода/вывода и другими ресурсами стали брать на себя ОС или же непосредственно аппаратная часть ЭВМ. Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

Приход ЭВМ четвертого поколения связан с переходом интегральных схем на большие интегральные схемы и сверхбольшие интегральные схемы. Элементная база позволила достичь больших успехов в минимизации размеров, повышении надежности и производительности ЭВМ. Первым персональным компьютеров можно считать Altair-8800, созданным на базе Intel-8080, в 1974г. Лицо 4-го поколения в значительной мере определяется и созданием супер-ЭВМ, характеризующихся высокой производительностью. Супер-ЭВМ используются при решении задач математической физики, космологии и астрономии, моделировании сложных систем и др.

Термин компьютеры пятого поколения является ничем иным, как широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятая в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Ожидалось добиться существенного прорыва в области решения прикладных задач искусственного интеллекта. В частности, должны были быть решены такие задачи как:

создание автоматического портативного переводчика с языка на язык (непосредственно с голоса);
автоматическое реферирование статей, поиск смысла и категоризация
задачи распознавания и др.

Идея саморазвития системы, по которой система сама должна менять свои внутренние правила и параметры, оказалась непродуктивной – система, переходя через определённую точку, скатывалась в состояние потери надёжности и утраты цельности, резко «глупела» и становилась неадекватной. За десять лет на разработки было истрачено более порядка 500 млн. долларов, программа завершилась, так и не достигнув цели. На сегодняшний день проект считается абсолютным провалом.

Последние статьи

2024-04-21 01:43:53
Почему Водафон идет по стопам МТС и вводит региональность?
2024-04-19 01:45:08
Антивирус Bitdefender: эффективный защитник Без вопросов
2024-04-18 01:41:53
Значение слова неудачный