История развития радиолампы

В 1881 г. Томас Эдисон, занимаясь опытами по улучшению первых электричес-ких ламп, ввёл внутрь стеклянной колбы металлическую пластину, расположив её вблизи от накаливаемой нити [12]. Воздух из колбы был выкачан (рис. П12.1), а пла-стинка соединена с положительным полюсом батареи накала нити. По проводнику про-ходил электри­ческий ток, хотя цепь не была замкнута. Когда же пластинку соединили с отрицательным полюсом батареи, то тока не было.

Объяснение эффекту Эдисона было дано позже, после того, как в 1891 г. Стонеем и Томпсоном были открыты электроны, а в 1900–1903 гг. Ричардсон провёл ряд исследо-ваний по термоэлек­тронной эмиссии.

В 1904 г. Джон Флеминг занимался опытами по приёму сигналов беспроволочного телеграфа, и ему понадобилась односторонняя прово­димость. Так эффект Эдисона был практически применён в радиотех­нике (рис. П12.2). Роль детектора в схеме Флеминга вы-полнял электри­ческий клапан, который представлял собой первую простейшую двух-элек-тродную радиолампу – диод.

В 1906 г. Ли де-Форест поместил в пространство между катодом и анодом третий эле-ктрод в виде проволочной сетки. Так появилась трёх-электродная лампа – триод.

Если по отношению к катоду сетка заряжена отрицательно, то она препятствует воз-никновению анодного тока. Если сетка заряжена поло­жительно, то она как бы ускоряет движение электронов. При этом дос­таточно лишь немного изменить напряжение на сетке, чтобы анодный ток изменился очень сильно.

Введение ещё одного компонента привело к появлению нового сис­темного свойства (синергетический эффект). Таким образом, был соз­дан ламповый усилитель.

Начался процесс конструктивной эволюции (см. пример 8.7), на­правленный на улуч-шение функциональных параметров усилителя, в первую очередь, коэффициента усиле-ния, линейности характеристик, повышение КПД, надёжности.

Совершенствование лампы в процессе конструктивной эволюции осуществлялось поиском и применением материалов, обладающих хо­рошими характеристиками электро-нной эмиссии, поиском формы и взаимного расположения компонентов, отрабатывалась технология из­готовления.

Далее протекал интенсивный процесс развёртывания системы. В 1913 г. Лэнг-мюйр ввёл в пространство между катодом и сеткой ещё одну сетку, которая ускоряла по-ток электронов. Появилась лампа тет­род (по числу электродов). Эти сетки получили наз-вание управляющей и ускоряющей.

Первые лампы требовали напряжения на аноде порядка 100 В и бо­лее, затем были созданы радиолампы, работающие при анодном напря­жении 8–20 В. Это послужило мощ-ным толчком для проектирования переносных радиоприёмных и передающих устройств, работающих от батарей.

Однако «положительно заряженная катодная сетка отнимала боль­шое количество электронов от общего потока...», КПД лампы был низ­ким. «Но введение второй сетки по-служило сигналом для конструкто­ров радиоламп: началась эпоха многоэлектродных ламп» [12].

В 1916 г. Шоттки для повышения коэффициента усиления ввёл вторую (анодную) сетку в пространство между анодом и имеющей­ся (управляющей) сеткой. Подавая на неё напряжение, равное при­мерно половине анодного, Шоттки увеличил коэффици-ент уси­ления.

В триоде анод и сетка образовали как бы небольшой конденсатор, ёмкость которого создавала электростатическую связь цепей анода и сетки. Наличие этой паразитной связи приводило к тому, что лампа создавала свои колебания – усилительный каскад превраща-лся в гене­ратор электрических колебаний. Приёмник сильно искажал звук, сви­стел и пе-реставал работать.

ПП: анодная сетка должна быть для увеличения коэффициента уси­ления, но её не до-лжно быть, так как ухудшается качество обработки сигнала.

Противоречие разрешается изменением формы анодной сетки. Из­менение формы ве-щества – одно из средств влияния на системные свойства объекта.

В 1926 г. Хэлл конструктивно видоизменил анодную сетку, придав ей вид электрос-татического экрана, который обособил анод от сетки. Экранированные лампы позволили на порядок увеличить коэффициент усиления. Однако в лампе стало возникать неприят-ное явление: элек­троны, ударяясь о поверхность анода, выбивали из него вторичные элек-троны, которые, устремляясь к положительно заряженной экрани­рующей сетке, создавали ток обратного направления, так называемый динатронный эффект. Работа лампы наруша-лась. Нежелательный эф­фект был устранён введением ещё одной сетки между анодом и экрани­рующей сеткой, которая получила название защитной или противодинатронной.

Так в 1929 г. появилась лама пентод (по числу электродов).

Одним из приёмов разрешения противоречий в технических задачах является исполь-зование пустого пространства. Была сконструирована лампа, в которой роль защитной сет-ки выполняла искусственно обра­зованная зона, находящаяся между анодом и экраниру-ющей сеткой. В этой зоне создавался такой же потенциал, который имела бы защит­ная сетка. Такими изменениями в конструкции удалось избавиться от возникновения динат-ронного эффекта.

При освоении коротковолнового диапазона возникла ещё одна про­блема. Сила ради-осигнала на антенне, особенно коротких волн, изменя­ется в значительных пределах. Это сказывается на выходном сигнале (явление фединга – замирания). Для борьбы с этим яв-лением в каскады усиления радиоприемника ввели отрицательную обратную связь, т.е. НЭ был устранён в НС по отношению к радиолампе (см. пример 8.11).

Второй способ борьбы с этим явлением – сделать так, чтобы тре­буемую функцию выполняла сама радиолампа. В лампу добавили ещё одну сетку, которая выполняет фун-кцию автоматического регулятора усиления.

Ряд диод – триод – тетрод – пентод пополнился лампой с шестью электродами – гек-содом. Он устроен так, что автоматически быстро меняет коэффициент усиления: слабые сигналы усиливает в большей степени, а сильные – в меньшей.

Для повышения качества обработки электрического сигнала проис­ходит дальнейшее усложнение конструкции радиолампы – увеличива­ется число сеток. Создаются бисисте-мы – в одной колбе помещают две лампы. Появляются такие комбинации, как диод–диод, двойные трио­ды, двойные диод–триоды, двойные диод–пентоды, триод–гексоды и т.п.

Первые радиолампы по виду мало отличались от электрических и светили почти так же. Затем они перестали светить, изменилась конфигурация баллона, создали малогаба-ритные лампы.

К 1960-м гг. показатели качества обработки электрического сигнала, надёжности ра-диоламп достигли наивысших значений, но радиолампа уже начала вытесняться из заня-той ею функциональной ниши устройством, основанным на другом принципе действия – полупро­водниковым прибором. Произошёл переход на микроуровень: от воз­действия на поток электронов, летящих между электродами, перешли на управление электрической проводимостью вещества (с. 334–338).