Поколения вычислительных систем. Реферат электронные лампы и их работа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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, 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 им явлению, которое вошло в историю радиолампы под названием эффекта Эдисона .

Объяснение эффекту Эдисона было дано гораздо позже, уже после того, как в 1891 г. Стонеем 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 эмиттирует 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) разноименные 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 отклоняется.

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 попрежнему эмит-тировать 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 притягивающая 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 показаний. Таким образом ток в 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, повышать 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 по 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 1904 г. 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» и 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 такое 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, но 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 своею 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 двуханодных - 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. Ли 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 ни 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 на поток устремляющихся к аноду электронов (фиг. 8). Основная их масса проходит сквозь отверстия сетки (соотношение между размерами электронов и 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 напряжении 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 изменения 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 «засеточном пространстве» 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 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 20 вольт оказывает на анодный ток такое же влияние, как изменение сеточного напряжения всего лишь на 1 вольт. 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 выпрямить, 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 ка-

тода 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 еще 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 8-20 в. 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 них 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 1916 г. Шоттки, занимаясь опытами с триодами и преследуя задачу повышения их коэффициента усиления, нашел необходимым ввести вторую сетку в пространство между анодом и имеющейся (управляющей) сеткой (фиг. 15). Подавая на эту - анодную - сетку положительное напряжение, по величине примерно равное половине анодного, Шоттки в известной мере достигал требуемого. Но прошло десятилетие, прежде чем эти работы получили широкое признание и применение. В 1926 г. Хэлл конструктивно видоизменил анодную сетку, придав ей вид электростатического экрана , которым он отделил анод от всех других электродов. Для чего же это понадобилось? В триоде анод и сетка образуют как бы небольшой конденсатор, емкости которого, однако, достаточно для того, чтобы цепь анода оказалась электростатически связанной с цепью сетки.

Обычно экранирующая сетка имеет такую конструкцию, что только лишь та ее часть, которая обращена к аноду, выполнена в виде проволочной, спиралью навитой сетки. Остальная же часть этого электрода в целях лучшего экранирования сделана сплошной, без отверстий. Чтобы заметно не ослаблять анодного тока, на экранирующую сетку подается (от анодной батареи) положительное напряжение, по величине равное приблизительно половине анодного. Лампы с экранирующими сетками выгодно отличаются от триодов большим коэффициентом усиления: у триодов он обычно не превышает 20 - 100, а у экранированных ламп измеряется сотнями, поэтому вместо 2 триодов можно применять 1 экранированную лампу.

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 электрон 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 динатроныым эффектом . Но есть средство борьбы с этим явлением. В 1929 г. 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 слышимость 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 6Х6. Теперь широко применяются и такие комбинации, как диод-триод, двойные триоды, двойные диод-триоды (ДДТ), двойные диод-пентоды (ДДП), триод-гексоды и т. п. 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, 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 60 вт 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 вылущены 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 существенный - 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.

Было время, когда вся электроника создавалась на основе электронных вакуумных ламп, которые по внешнему виду напоминают маленькие лампочки, и которые выполняют функции усилителей, генераторов и электронных коммутаторов. В современной электронике для выполнения этих всех функций используются транзисторы, которые изготавливаются в промышленных масштабах при весьма низкой их себестоимости. Теперь же, исследователи из Исследовательского центра НАСА имени Эймса (NASA Ames Research Center) разработали технологию производства наноразмерных электронных вакуумных ламп, что позволит в будущем создать более быстро и более надежно работающие компьютеры.

Электронную вакуумную лампу называют вакуумной из-за того, что это стеклянный сосуд с вакуумом внутри. Внутри лампы есть нить накаливания, но она разогревается до более низкой температуры нежели нити обычных осветительных ламп. Так же, внутри электронной вакуумной лампы имеется положительно заряженный электрод, одна или несколько металлических сеток, с помощью которых управляют электрическим сигналом, проходящим через лампу.

Нить накала нагревает электрод лампы, который создает в окружающем пространстве облако электронов, и чем выше температура электрода, тем на большее расстояние от него могут удалиться свободные электроны. Когда это электронное облако достигает положительно заряженного электрода, то через лампу может течь электрический ток. Тем временем, регулируя полярность и значение электрического потенциала на металлической сетке, можно усилить поток электронов или прекратить его вообще. Таким образом, лампа может служить усилителем и коммутатором электрических сигналов.

Электронные вакуумные лампы, хоть редко, но используются сейчас, в основном для создания высококачественных акустических систем. Даже самые лучшие образцы полевых транзисторов не могут обеспечить того качества звука, которое обеспечивают электронные лампы. Это происходит по одной главной причине, электроны в вакууме, не встречая сопротивления, перемещаются с максимальной скоростью, чего невозможно добиться при движении электронов сквозь твердые полупроводниковые кристаллы.

Электронные вакуумные лампы более надежны в работе нежели транзисторы, которые достаточно просто вывести из строя. К примеру, если транзисторная электроника попадает в космос, то рано или поздно ее транзисторы выходят из строя, "поджаренные" космическим излучением. Электронные лампы же практически не подвержены воздействию радиации.

Создание электронной вакуумной лампы, размерами не превышающей размеры современного транзистора, является огромной проблемой, особенно в массовом производстве. Изготовление крошечных индивидуальных вакуумных камер - это сложнейший и дорогой процесс, который применяют только в случаях острой необходимости. Но ученые НАСА решили эту проблему достаточно интересным путем, оказалось, что при уменьшении размеров электронной лампы менее некоторого предела наличие вакуума перестает быть необходимым условием. Наноразмерные вакуумные лампы, у которых имеется нить накаливания и один электрод, имеют размеры в 150 нанометров. Зазор между электродами лампы настолько мал, что наличие в нем воздуха не является помехой для их работы, вероятность столкновения электронов с молекулой воздуха стремиться к нулю.

Естественно, впервые новые наноэлектронные лампы появятся в электронном оборудовании космических кораблей и аппаратов, где устойчивость электроники к радиации имеет первостепенное значение. Помимо этого, электронные лампы могут работать на частотах, в десятки раз превышающих частоты работы самых лучших экземпляров кремниевых транзисторов, что в будущем позволит на их основе создавать компьютеры, намного более быстрые, чем те, которые мы используем сейчас.

В свое время электронная лампа совершила в радиотехнике подлинную революцию: коренным образом изменила конструкции передающих и приемных устройств, увеличила дальность действия их, позволила радиотехнике сделать гигантский шаг вперед и занять почетное место буквально во всех областях науки и техники, производства, в нашей повседневной жизни. Но и сейчас, когда в радоэлектронных устройствах в основном используются полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы различного назначения, электронные - лампы продолжают «трудиться» во многих радиовещательных приемниках, радиолах, магнитофонах, телевизорах. Поэтому-то я и решил познакомить тебя с устройством и работой этих «ветеранов» радиотехники, с некоторыми любительскими конструкциями на электронных лампах.

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЛАМПЫ

Любая электронная лампа, или, короче, радиолампа, представляет собой стальной, стеклянный или керамический баллон, внутри которого на металлических стойках укреплены электроды. Воздух из баллона лампы откачивают через небольшой отросток в нижней или верхней части баллона. Сильное разрежение воздуха внутри баллона - вакуум - непременное условие для работы радиолампы.

В каждой радиолампе обязательно есть катод - отрицательный электрод, являющийся источником электронов в лампе, и анод - положительный электрод. Катодом может быть вольфрамовый волосок, подобный нити накала электролампочки, или металлический цилиндрик, подогреваемый нитью накала, а анодом - металлическая пластинка, а чаще коробочка, имеющая форму цилиндра или параллелепипеда. Вольфрамовую нить, выполняющую роль катода, называют также нитью накала.

На схемах баллон лампы условно обозначают в виде окружности, катод - дужкой, вписанной в окружность, анод - короткой чертой, расположенной над катодом, а их выводы - линиями, выходящими за пределы окружности. Радиолампы, содержащие только катод и анод, называют двухэлектронными, или диодами.

На рис. 215 показано внутреннее устройство двух диодов разных конструкций. Лампа, изображенная справа, отличается тем, что ее катод (нить накала) напоминает перевернутую латинскую букву V, а анод имеет форму сплюснутого циландра. Электроды закреплены на проволочных стойках, впаянных в утолщенное донышко баллона. Стойки являются одновременно выводами электродов. Через специальную колодку с гнездами - ламповую панельку - электроды соединяют с другими деталями радиотехнического устройства.

Рис. 215. Устройство и изображение двухэлектродной лампы на схемах

В большинстве радиоламп между катодом и анодом имеются спирали из тонкой проволоки, называемые сетками. Они окружают катод и, не соприкасаясь, располагаются на разных расстояниях от него. В зависимости от назначения ламп число сеток в ней может быть от одной до пяти. По общему числу электродов, включая катод и анод, различают лампы трех-, четырех-, пятиэлектронные и т. д. Соответственно их называют триодами (с одной сеткой), тетродами (с двумя сетками), пентодами (с тремя сетками).

Внутреннее устройство одной из таких ламц - триода - показано на рис. 216. Эта лампа отличается от диодов наличием в ней спирали - сетки. На схемах сетки обозначают штриховыми линиями, расположенными между катодом и анодом.

Триоды, тетроды и пентоды - универсальные радиолампы. Их применяют для усиления переменных и постоянных токов и напряжений, в качестве детекторов, для генерирования электрических колебаний разных частот и многих других целей. Принцип работы радиолампы основан на направленном движении в ней электронов. «Поставщиком» же электронов внутри лампы является катод, нагретый до температуры .

В чем сущность этого явления?

Если кастрюлю, наполненную водой, поставить на огонь, то по мере нагревания частицы воды начнут двигаться все быстрее и быстрее. Наконец, вода закипит. При этом частицы воды будут двигаться с настолько большими скоростями, что некоторые из них оторвутся от поверхности воды и покинут ее - вода начнет испаряться. Нечто подобное наблюдается и в электронной лампе. Свободные электроны, содержащиеся в раскаленном металле катода, движутся с огромными скоростями.

Рис. 216. Устройство и изображение триода на схемах

При этом некоторые из них покидают катод, образуя вокруг него электронное «облако». Это явление испускания, или излучения, катодом электронов называют термоэлектронной эмиссией, Чем сильнее раскален катод, тем больше электронов он испускает, тем гуще электронное облако. Когда говорят, что «лампа потеряла эмиссию», это значит, что с поверхности ее катода свободные электроны по какой-то причине вылетают в очень малом количестве. Лампа с потерянной эмиссией работать не будет.

Однако чтобы электроны могли вырываться из катода, надо не только нагреть его, но и освободить окружающее пространство от воздуха. Если этого не сделать, вылетающие электроны потеряют скорость, «завязнут» в молекулах воздуха. Поэтому-то в электронной лампе и создают вакуум. Откачивать воздух необходимо еще и потому, что при высокой температуре катод поглощает кислород воздуха, окисляется и быстро разрушается. К этому нужно добавить, что на поверхность катода наносят слой окислов бария, стронция и кальция, обладающий способностью излучать электроны при сравнительно низкой температуре нагрева.

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.

        • Да ладно?! 🙂 Это, видимо, так творчески переосмыслен принцип действия ускорительных источников?

          Не, принципиально разломать дейтерий можно, только для этого нужна энергия порядка десятка МэВ (электронно-лучевую трубку этими 10 мегавольтами запитывать — прикиньте сами), да только в силу отношения сечения этой реакции к сечению банальной ионизации, выход нейтронов будет исчисляться в штуках в секунду на киловатт.

          Да, есть _подобные_ источники с бериллием. Но выход нейтронов там — миллионы в секунду (энергии электронов — примерно те, МэВы), и бериллий тут именно потому, что распад бериллия — экзотермичен, нужно только чуть вложиться, а дальше — оно само. Это радикально снижает требования к ускорителю.

          Наиболее «продуктивны» ускорительные тритиевые источники — тритий ускоряется в дейтериевую мишень (до 10Е14 нейтронов за импульс с ресурсом в сотни тысяч-миллионы импульсов). То есть, просто нормальный тритиевый термояд (ессно, вырабатывать так не выйдет, но тут ценно то, что она тратится не так быстро и не так много).
          Напряжения там требуются — десятки-сотни кВ, что уже более приемлимо (нужно только инициировать реакцию, а не откалывать нейтрон, кэВы на ядро, а не МэВы).

          Если без трития, то по порядку выхода нейтронов: дейтериевые с комбинированым магнитно-инерциальным удержанием (фузор с катушками) — до 10Е11 нейтронов за импульс, инерциально-статическим (классический фузор) — до 10Е9, дейтериевые с холодной мишенью — до 10Е10, но расход энергии повыше, конечно.

          Всё это — абсолютный хайтек, все цифры — достижения современной науки и техники (в частности, БП там — передний край электроники).

          Наиболее простой и доступный интенсивный источник — какой-нить активный альфа-изотоп типа радия-226 в смеси с бериллием (металл или оксид). Калифорниевые или полониевые лабораторные источники дают до миллиона нейтронов в секунду.
          Радиевый даст меньше, но это ЕДИНСТВЕННЫЙ реальный способ получить хоть сколь-нить значимое количество нейтронов.

          А теперь вспомним число Авогадро: каждые 28 грамм кремния содержат 600 000 000 000 000 000 000 000 атомов. На каждые несколько сотен-тысяч атомов кремния нужно обеспечить атомом примеси.

          Ядерное легирование без ПРОМЫШЛЕНЫХ, многомегаваттного уровня ядерных реакторов (причём, с заметным запасом реактивности) — это даже не бред, это безграмотная чушь, уж простите.

          • Да, без атомного реактора похоже не получится.

            При количестве фосфора 10^13 на см3 его проводимость только-только сравняется с собственной проводимостю кремния. На деле надо, видимо, порядка 10^17, у меня откуда то засела оценка порядка миллионов, про относительно низкую производительность источников и число Авогадро я то помнил. Но для начала 20 века и с реактором сгодится.

            • Тут ещё не всякий реактор подойдёт. Например, плотность нейтронного потока в РБМК (в котором в России хотели как раз заниматься ядерным легированием) — порядка 4Е13 нейтронов/см2*с
              Ессно, что оттуда отбирать можно только несколько процентов, иначе реактор встанет.

              Если принять за целевой показатель 10Е17, то получается, нужно 10Е5-10Е6 секунд на достижение концентрации — дни-недели.

              И это один из самых мощных/дешевых источников нейтронов, доступных нынче людям. Канду — запас реактивности меньше, а корпусные всех видов принципиально не подходят из-за необходимости остановки реактора на смену мишени…
              Остаются исследовательские/медицинские, но там нейтроны уже куда как подороже…

              >Но для начала 20 века и с реактором сгодится.

              А ничего, что его впервые создали в 1946-м? То есть в середине века, а не в начале.

        >Нейтронный генератор это тяжелая вода на которую направлена мощная электронная трубка.

        Вода обогащается до тяжелой электролизом, электронные трубки в конце 19 века применялись(рентген).

        Изотопное обогащение электролизом? Что серьёзно?

      То что ты описал это какая то экзотика, возможно для сверхмощных приборов. Микросхемы легируют банальным методом ионной обработки в вакууме. Но, как я уже писал, с германием все намного проще — на предварительно легированный кристалл крадутся две таблетки индия и все это нагревается до его плавления. Таким способом промышленно изготавливали в свое время германиевые приборы.

      Ядерное легирование — всё-таки экзотика (тем более, что оно принципиально вносит только один тип примеси: фосфор). Обычно всё-таки банальная диффузия и ионная имплантация.

    Это вовсе не тупик, просто понимание принципов действия по настоящему наступило, когда стили доступны электромеханическте реле и лампы. В их отсутствие механических вычислители позволяют решить ряд очень важных в практической плане задач. К примеру, автоматического слежение за целью в корабельных артустановках. Вводятся курсы и скорости собственного корабля и цели, после чего вычислитель самостоятельно управляет поворотными и наклонными механизмами башни.
    Так что максимализм тут неуместен

    • Упс, про этот род задач я подзабыл 🙂
      Действительно в области простой автоматики механика вполне рулит…

      Механический баллистический вычислитель на флоте дает ОГРОМНОЕ преимущество

      • Не только баллистический вычислитель — задач куча. Просто сейчас они решаются копеечными микроконтроллерами и никто даже не задумывается об этом. То же управление сложными станками из этой области, к примеру. Или классика жанра — управление ткацкой машиной.

    >>>Транзисторы, конечно, куда лучше чем лампы.

    Не всегда, в условиях высокой радиации или больших температур транзисторы просто не работают, а лампы чуствуют себя вполне сносно… Современные лампы естественно…

    Ну и выпрямление больших токов это по прежнему безраздельная вотчина электронных ламп…

    А миниатюрность для ламп тоже не проблема — планарные лампы можно делать практически настолько маленькими, что им не требуется вакуум… 🙂

    • Каким образом в вашем ответе «транзисторы не всегда лучше» трансформировалось в «лучше без транзисторов»?
      Понятно, что есть узкие ниши — ну так в таких нишах кое-где еще и паровозы зравствуют.

      • Вот что то не заметил чтобы у меня было написано «лучше без транзисторов»…

        Тем не менее лампы можно делать хоть в средние века, с массой гимора само собой, но можно, а вот транзисторы увы никак…

        \\Понятно, что есть узкие ниши - ну так в таких нишах кое-где еще и паровозы зравствуют.\\
        НЧ усилки на ламах, были есть и будут, лучше транзисторных. Лампа не рубит края синусоиды — звук бархатный.

  Вот как раз с надежностью у механики все хорошо. Поинтересуйся корабельными механическими вычислит елями — удивительные конструкции.

  >>>Лампы- тупик.

  Кто вам такое сказал?

  Другой вопрос что мало кто про это знает…

  Лампы отнюдь не тупик, просто вам неизвестно что развитие ламп не завершилось с появлением транзисторов… 🙂

  А там много что еще нового изобрели…

  Например лампы без накала…

  И лампы без вакума… 🙂

  И микросхемы на лампах… 🙂

  Если интересно — погуглите

  • >И микросхемы на лампах…

    Если интересно - погуглите

    • >>>При том, что до сих пор не могут изготовить больше, чем две лампы с близкими харатеристиками. Харатеристики же транзисторов были стабильны ещё в прошлом веке. Так где ниже требования к точности? В случае одного простенького усилителя стабильность характеристик не критична, можно настроить. И тогда да, проще лампа. И требования к точности ниже у лампы. А в сложных устройствах она критична, вплоть до условия работоспособности. И вот здесь то даже современная промышленность не «тянет».

      Тут речь о других лампах, да и назначение иное…

      Для цифровой техники точность аналоговых параметров не особо важна, но если учесть что таки лампы делаются технологии схожей с той, что и транзисторы, то разброс параметров примерно одинаковый…

      Если интересно про это есть вот в этой книге:

      Настоящая книга хотя и посвящена такой специальной области техники, как электронные вакуумные лампы, тем не менее является научно-популярной. В доступной и увлекательной форме рассмотрены классификация электронных приборов, их история и эволюция, место электронных вакуумных ламп среди других приборов, их роль в развитии цивилизации, попытки гибридизации вакуумных и полупроводниковых либо вакуумных и газоразрядных приборов. Рассказано о принципах работы, конструкции и технологии сеточных ламп, клистронов, ламп бегущей волны, магнетронов и вообще приборов М-типа, о гиротроне, оротроне, виркаторе, проблемах увеличения мощности, частоты и КПД. Отдельно и более подробно рассмотрены проблемы источников электронов для приборов - термоэлектронных, вторично-электронных и иных катодов, а также антиэмитгеров, принципы конструирования и работы композиционных материалов. Книга адресована широкому кругу читателей, интересующихся техникой и ее историей. Немало полезного в ней найдут инженеры, специализирующиеся в области электроники, преподаватели и студенты технических вузов.

>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 принципе, углеродные катоды тоже можно (и наверное, нужно) чуток греть. Получим выше плотность эмиссии, линейность и всякие прочие прелести обычных термоэмиссионных электродов.

        Углерод всё равно лучше цезия. При всей дешевизне работа выхода у правильных углеродных катодов сравнима с лучшими цезиевыми катодами при бОльшем ресурсе, стабильности характеристик и даже плотности тока.
        То есть, при той же температуре такой углерод лучше. Цезий/барий в большинстве случаев не нужны (только для ФЭП, динатронов и им подобных), ИМХО, это путь в обход идеала, каприз технической истории Человечества, который не нужно было б повторять.

        • Впрочем, нет. Графит наверняка не выдержит и нагрева, и больших токов…

          • Про графит статью нужно писать отдельно. Там были приключения с добычей, когда шахту открывали на несколько месяцев раз в семь лет (точные цифры не помню, надо нарыть).

            И графит — не для электродов электронных ламп (не верю в это), а для электродов электролизеров (тот же алюминий из расплава), для для муфельных печей, для щеток генераторов. Ну и бытовуха разная, карандаш наше всё.

            Ну а про графен — вообще чистая фантастика, ИМХО.

            • Что значит «не верю»? 🙂
              А в вольфрам и цезий — веруете, сталыть? Сталыть, канонически, без апокрифов и ентих новых нехристей? 🙂

              Это физика и техника. Ладно б, это была абстрактная теорфизика, но это реально существующая техника. Фантастика, не фантастика… работает.
              Собссно, с листами чистого графена там никто дела и не имеет, если смотреть под электронным микроскопом, это всё выглядит весьма неопрятно. Но конечный результат всех устраивает, а это главное, верно?

              А Вы полагаете, что сейчас технический графит именно добывают в шахтах, что ли? 🙂 Нет. Там, где нужны контролируемые свойства, он пиролизный.

              • Давайте ссылочку с деталями как оно там работает.
                Если действительно вменяемо с точки зрения древности — соберу статью.

                А то вот вчера про бариевые магниты писал, были тут утверждения что оно несложно…

                Ащё — сцылки на портируемую в древность технологию пиролизного графита — приветствуются.

                Эти схемы это просто демонстрация характеристик лампы и не более того… для работы лампового генратора, даже самого простейшего нужно усложнить схему… например добавить коллебытельный контур и обратную связь что бы генератор не самовозбуждался… нужна будет точная стабилизация рабочей точки в схеме вч… малореализуемо…

                Нужна практическая схема, работающая… посмотрите журналы по ссылке выше, там много схем простайших ламповых устройств, которые реально будут работать…
                Отдельное вниание изготовлению детектора, и детекторным парам…

                Вот про искровой передатчик: http://sergeyhry.narod.ru/rv/rv1926_03_08.htm , такой реально сделать самому имея медь и железо…. батарею медь, цинк, медный купорос или соль. или ваш столб или банка…

                «Радио Всем», №7, апрель 1928 год Статья Всё о регенераторах А то ведь сдвинули на полмиллиметра стержни сетки в одну сторону а анодный стержань в другую и вольтамперная характеристика девайса стала ну совсем уж уникальной, н на одну другую лампу не похожа.

                • 1) С точностью установки могут помочь стандартные изоляторы — пластинки сверху и снизу. Можно из горячего стекла штамповать или из керамики какой. Стального штампа на пару сотен хватит, потом еще один вырежем.
                  2) ВАХ и так и так от лампы к лампе плавать будет, так что от подстроечников никуда деться не получиться.

                  Сама конструкция стержневых ламп содержит 3 пластинки из слюды пробитые на автомате плюсом направляющие пистоны запрессованные в эту слюду (латунные к стати) сами стержни сеток симметричные и предварительно отформованные как и пластины первых сеток и анода(там лепестки для загиба или сварки) — так что ничего не сдвинешь — конструкция анодов не позволяет, но только ручная сборка под микроскопом (самое сложное установка и натяжение нити накала).

            Предлогаю открыть отдельное обсуждение темы о освещении в истории мира и о возможностях попаданца в его улучшении!

            Приветствую! Видел на youtube видео с приборами без колбы, точностей не знаю, но похоже оно работает. Даже показан усилитель и генератор.
            Катод такой лампы, будь то триод или диод греется горелкой. Сам пробовал делать диод, проводимость наблюдалась, дальше не проверял.
            Пока успешно осваиваю промышленные лампы, но очень хочется сделать свою, для эксперимента.
            Чем-то отдалённо напоминает один генератор, где пламя помещалось меж электродами и подвергалось действию сильного постоянного магнитного поля, возникал электрический ток. Названия не помню только.
            Создатели сайта молодцы, очень интересный ресурс!

            Неплохо было бы еще рассказать о газонаполненных лампах (тиратронах, например), которые не требуют вакуума. С аналоговыми сигналами у них не очень, но вот, например, генератор-мультивибратор или выпрямитель для переменного тока можно легко сделать. Ну и довольно навороченные цифро-аналоговые девайсы, вроде логических элементов (системы управления и контроля, сумматоры там разные для простейших вычислений), реле времени и так далее.

            • Небольшое количество галогенных газов можно легко выделить при успешном химическом производстве. А ртутные пары даже в мощных тиратронах используются для атомных бомб. 🙂

            >>>>Лампы- тупик.

            Кто вам такое сказал?

            Они по прежнему используются и мало того развиваются, а не так давно перешагнули 100 нанометровый рубеж…

            Микролампы? А это не извращение?

            >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.

            И это я взял пример того, кто создал своё состояние сам. А унаследовать завод можно и в три, и даже в грудном возрасте.

            >выпрямляющий контакт. Комбинируя, можно ХОТЬ САМИМ клепать диоды, полевые транзисторы, тиристоры и первые примитивные микросхемы. Практически на коленках, ага… Cильно сложно?

            Что серьзно? Ядерный реактор на коленке? А ни как проще себе и окружающим проблем нельзя создать?

            В этой статье Nyle Steiner описывает эксперименты по электропроводности пламени спиртовки. http://www.sparkbangbuzz.com/flame-amp/flameamp.htm
            Ему удалось построить действующий «пламенный» (аналогичный вакуумному)триод. А также используя двойной «пламенный» собрать мультивибратор.

            • Забавно… вполне попаданческий подход))