Основы ламповой электроники
Практически вся современная электроника работает на полевых и биполярных транзисторах, в свое время вытеснивших из обращения вакуумные лампы, в виду ряда их недостатков: размеров, высокой теплоотдачи, сложностей с питанием и так далее.
Однако, несмотря на явные преимущества полупроводниковых приборов, в некоторых схемотехнических отраслях до сих пор используется вакуумная электроника: в военной промышленности (ввиду устойчивости к радиационному воздействию и высоким температурам), высоковольтной технике, а также в аудиотехнике - усилителях низких частот (некоторые лампы для звуковой техники стоят до 1000$). Также создаются гибриды вакуумных ламп и полупроводниковых элементов.
В данном посте разберем основные аспекты работы ламп, а именно: строение, принцип действия и некоторые виды радиоламп.
На фото виден эффект свечения ламп синим - фиолетовым светом, вызванный торможением разогнавшихся электронов стеклом.
Первые радиолампы появились в начале XX века как преобразователи переменного тока в постоянный. Этому предшествовало открытие Эдисоном явления электронной эмиссии: пытаясь улучшить конструкцию лампы накаливания (колба, откачанная до вакуума, куда введена нить накала), он заметил, что электроны буквально "испаряются" с нагретой нити и летят ко второму введенному в колбу электроду.
Эмиссированные электроны ведут себя как газ, контролируя поток которого можно устанавливать ток, проходящий через лампу - то есть необходимы 3 электрода: анод, катод и сетка. Анод принимает электроны, катод их испаряет, а сетка устанавливает ток через лампу. Данная конструкция впоследствии была усовершенствована: добавлена нить накала, которая является нагревателем и источником электронов. Благодаря такому решению, питать накал можно и переменным током, а также размеры катода не влияют на накальный ток. Такие лампы называют лампами с косвенным накалом - именно они получили большее распространение.
Анод и сетка расположены на разных расстояниях от катода лампы: сетка гораздо ближе - напряженность поля создаваемое между сеткой-катодом в сумме с напряженностью между анодом и катодом определяют ускорение электрона, пока он движется от катода до сетки. Так как расстояние между сеткой и катодом меньше расстояния между анодом и катодом, меньшее изменение напряжения на сетке вызывает большее изменение напряженности электрического поля в пространстве между сеткой и катодом, чем то же изменение напряжения на аноде. Получаем усиление сигнала, подаваемого на сетку. На похожем принципе (регулирование тока) работают биполярные транзисторы.
Изображение взято из книги Попова В.С, Николаева С.А. "Общая электротехника с основами электроники".
С развитием вакуумной электроники появлялись разные виды ламп. Если из триода убрать одну сетку - получаем обыкновенный вакуумный диод, если наоборот добавить одну дополнительную сетку (для экранирования) получаем тетрод. Для получения пентода в тетрод встраивают еще одну сетку, предназначенную для предотвращения перехода электронного газа между электродами (динатронный эффект, а сетка - динатронная); пример лампы: 6П14П, EL34.
Пентоды также называют лучевыми тетродами (одна из сеток соединяется с катодом), в случае если для подавления динатронного эффекта создается пространственный заряд высокой плотности (лампа 6П3С). В таких лампах поток электронов напоминает пучки (лучи) - отсюда и их название. Есть также вариации ламп с большим количеством электродов или объединяющие несколько ламп в одном баллоне (двойные триоды: 12AX7, 6Н2П - и другие типы).
Отдельно стоит отметить индикаторные лампы, например индикаторы, состоящие из последовательно стоящих друг за другом цифр (лампы ИН14, ИН-16). Такие лампы сейчас используют для изготовления часов. Кроме того, изготавливались индикаторы уровня 6Е1П.
Пост получился большой - информации по этой теме очень много. В следующий раз разберем подробнее режим работы ламп, а также простейшие схемы включения на примере вакуумного триода.
Буду благодарен за исправления ошибок и неточностей в комментариях.
