Что такое электрический ток, как работает радиолампа, и почему она может усиливать сигнал.

Как известно из общего курса физики, электрический ток - это направленное движение частиц, имеющих электрический заряд - электронов и/или ионов.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_ток
В интересующих нас на данном этапе изучения вопроса средах, а именно - в металлах и в вакууме, электрический ток представляет собой направленное движение свободных электронов. Посмотрим картинку.

На картинке показан кусочек металла. С увеличением в 100500 раз. Между элементами кристаллической решетки металла - которая показана на картинке как живописные холмы, резвятся свободные электроны - ребята глубоко отрицательные, т.к. имеют отрицательный заряд.

В металлах свободных электронов довольно много. Особенно много их в меди и в серебре - поэтому медь и серебро являются самыми лучшими проводниками электрического тока. Естественно, в свободно лежащем кусочке металла никакого электрического тока нет, так как движение наших "плохих парней" - отрицательно заряженных электронов неупорядоченно. Вожака нет. Однако всё это до поры, до времени.

Ровно до того момента, пока к проводнику (кусочку металла, а ещё лучше - к отрезку провода) не будет приложено внешнее напряжение. Посмотрим, что будет, если это сделать.

Как только к проводнику прикладывается внешнее напряжение, например - от батарейки, плохие парни (электроны) видят что-то хорошее (внешний плюс), а также что-то ещё более плохое, чем они сами (внешний минус), и начинают бежать от минуса к плюсу. Это опять же известно из общего курса физики - одноименно заряженные частицы отталкиваются, разноимённо заряженные - притягиваются. Возникает упорядоченное движение электронов от точки приложения минуса батарейки к точке приложения плюса.
Это и есть электрический ток.

Но это ток - неуправляемый. Подключили батарейку - ток есть. Отключили батарейку - тока нет... Двоичная система. А для того, чтобы обрабатывать электрический сигнал, нам нужен ток управляемый. И лучшие умы начала прошлого столетия проблему управления током решили. Они создали управляемую радиолампу - электровакуумный триод.
Историю создания радиолампы можно почитать здесь:
https://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/2135-elek...
https://mirnovogo.ru/elektronnaya-lampa
https://www.qrz.ru/articles/article_nacalo_lampovoj_radioteh...

А принцип действия радиолампы - посмотрим на картинках.
К началу прошлого века было известно, что если металл нагреть - из него вылетают - "эмитируются" - свободные электроны. Вылетают - и создают вокруг нагретого проводника "электронное облако". Примерно вот так:

Очевидно, что если нагревать проводник на воздухе, электронное облако будет маленькое. Большие и тяжёлые молекулы кислорода, азота и углекислого газа сильно мешают "свободному полёту" электронов. Однако, если убрать воздух, то есть поместить нагретый проводник в вакуум, электронное облако станет значительно обширнее.

Именно так и поступили изобретатели первой двухэлектродной радиолампы - электровакуумного диода. Они поместили нагреваемый проводник в стеклянный баллон, из которого откачан воздух. В этот же баллон поместили второй проводник. К нагретому проводнику приложили минус (этот проводник назвали катодом), к холодному - плюс (этот проводник назвали анодом).

И - вуаля! Между проводниками, через вакуум (!) потёк электрический ток. Прямо как на картинке 2. Что вполне себе подтвердило тезис о том, что электрический ток - это направленное движение заряженных частиц. В рассматриваемом случае - электронов через вакуум. Изобрёл диод английский учёный Дж. Э. Флеминг. Запомните это имя.

Диод оказался очень полезной радиолампой - он пропускал электрический ток только в одном направлении - от минуса к плюсу. От катода к аноду. Но вот управлять этим током по-прежнему было невозможно.

И вот, в 1906 году, американский инженер Ли де Форест изобрёл электровакуумный триод. Ли де Форест догадался поместить между катодом и анодом металлическую сетку. Причем поближе к катоду, чтобы влияние напряжения на сетке на поток электронов от катода к аноду было посильнее. И приложить к ней какое-то электрическое напряжение.
Например, отрицательное... Минус один вольт.

И вот, наши отрицательные парни (электроны), почувствовали, что где-то далеко, есть что-то очень положительное. А именно, плюс 100 вольт на аноде. Но анод далеко. А сетка - близко. И на ней - отрицательное напряжение. И это отрицательное напряжение отталкивает наши несчастные электроны обратно к катоду.
Ток не возникает.

Но стоит только убрать отрицательное напряжение с сетки, то есть отключить от неё источник отрицательного напряжения, электроды немедленно рванут к плюсу - к аноду. И возникнет электрический ток.

А если менять отрицательное напряжение на сетке - будет изменяться количество электронов, которым через сетку удалось проскочить. Например, при напряжении минус один вольт тока в лампе не будет совсем. При напряжении на сетке ноль вольт - ток будет максимальным. А при напряжении в минус 1/10 вольта ток будет 9/10 от максимума. И так далее.

И совершенно никто не может нам помешать подать на сетку переменное напряжение. Например, описанное вот в это посте:
О радиолюбительстве. Пост №8. 22.07.2023. Физика и музыка
Или в этом:
О радиолюбительстве. Баян №6. 18.07.2023

И тогда сильный ток, создаваемый множеством электронов, протекающий между катодом и анодом будет изменяться в такт слабому напряжению, подаваемому на сетку... И это будет ничто иное, как усиление слабого сигнала. Небольшое напряжение на сетке успешно управляет большим анодным током.

Важная ремарка №1: Приведённое выше описание предельно упрощено, но вся суть происходящего процесса сохранена. Это самый первый взгляд на физику усиления электрического сигнала. В тексте не упомянуты сопротивления утечки, нагрузки, согласование сопротивлений и т.д. Об этом мы поговорим когда-то в будущем.

Важная ремарка №2: Несмотря на всю архаику ламповых конструкций, принцип использования слабых сигналов для управления сильными токами актуален в и транзисторной технике, и в микроэлектронике.

С Вами AlexRadio. 73!