Электронная лампа

Российская экспортная радиолампа 6550C

Электро́нная ла́мпа, радиола́мпа в электровакуумный прибор (точнее, вакуумный электронный прибор), работа которого осуществляется за счёт изменения потока электронов, движущихся в вакууме или разрежённом газе между электродами.

Электронные лампы, предназначенные для освещения (лампы-вспышки, ксеноновые лампы, ртутные и натриевые лампы), радиолампами не называются и обычно относятся к классу осветительных приборов.

Некоторые простейшие электронно-лучевые приборы, из числа простейшего устройства осциллографических экранов, могут являться особым образом устроенными электронными лампами.

Прочие ЭЛТ устройства, такие как электронная пушка, электронно-оптическая камера, приборы на их основе (кинескопы, передающие телевизионные трубки), имеют другое внутреннее устройство и иной принцип работы, поэтому сравнивать их с электронными лампами неуместно.

Содержание

1 Принцип действия
- 1.1 Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом
- 1.2 Газонаполненные электронные лампы
2 История
3 Конструкция
4 Основные типы
5 Современные применения
6 Классификация по названию
- 6.1 Маркировки, принятые в СССР/России
- 6.2 Маркировки в других странах
7 См. также
8 Газоразрядные лампы
9 См. также
10 Примечания
11 Ссылки

[править] Принцип действия

Электронная лампа RCA '808'

[править] Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

В результате термоэлектронной эмиссии электроны покидают поверхность катода.
Под воздействием разности потенциалов между анодом и катодом электроны достигают анода и образуют анодный ток во внешней цепи.
С помощью дополнительных электродов (сеток) осуществляется управление электронным потоком путём подачи на эти электроды электрического потенциала.

В вакуумных электронных лампах наличие газа ухудшает характеристики лампы.

[править] Газонаполненные электронные лампы

Основным для этого класса устройств является поток ионов и электронов в газе, наполняющем лампу. Поток может быть создан, как и в вакуумных устройствах, термоэлектронной эмиссией, а может создаваться образованием электрического разряда в газе за счёт напряжённости электрического поля.

[править] История

Триод («аудион») Ли де Фореста, 1906 г.

Первая советская радиолампа. Экспозиция Музея нижегородской радиолаборатории

В 1883 году Эдисон пытался увеличить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания. Он ввёл в баллон лампы, из которой откачан воздух, металлический электрод. К выводу впаянного электрода и одному из выводов раскалённой электрическим током нити он подсоединил батарею и гальванометр. Стрелка гальванометра отклонялась, когда к электроду подсоединялся плюс батареи, а к нити в минус. При смене же полярности ток в цепи прекращался.

Этот эксперимент привёл Эдисона к фундаментальному научному открытию, которое является основой работы всех электронных ламп и всей электроники до полупроводникового периода. Это явление впоследствии получило название термоэлектронная эмиссия.

В 1905 году этот «эффект Эдисона» стал основой британского патента Джона Флеминга на «прибор для преобразования переменного тока в постоянный» в первую электронную лампу, открывшую век электроники. ^{[источник не указан 1079 дней]}

В 1906 году американский инженер Ли де Форест ввёл в лампу третий электрод в управляющую сетку (и, таким образом, создал триод). Такая лампа могла уже работать в качестве усилителя тока, а в 1913 году на её основе был создан автогенератор.
В 1921 году А. А. Чернышёвым^[1]^[2] предложена конструкция цилиндрического подогревного катода (катода косвенного накала).

Миниатюрные стержневые пентоды производства СССР

Вакуумные электронные лампы стали элементной базой компьютеров первого поколения. Главным недостатком электронных ламп было то, что устройства на их основе были довольно громоздкими. Для питания ламп необходимо было подводить дополнительную энергию для нагрева катода (именно он испускает электроны, необходимые для тока в лампе), а образованное ими тепло отводить. Например, в первых компьютерах использовались тысячи ламп, которые размещались в металлических шкафах и занимали много места. Весила такая машина десятки тонн. Для её работы требовалась электростанция. Для охлаждения машины использовали мощные вентиляторы в связи с выделением лампами огромного количества тепла.

Пик расцвета («золотая эра») ламповой схемотехники пришёлся на 1935в1950 годы.

[править] Конструкция

Элементы электронной лампы (пентода):
Нить накала, катод, три сетки, анод. Вверху в элементы крепления и кольцо с поглотителем остатков воздуха.

Электронные лампы имеют два и более электродов: катод, анод и сетки.

[править] Катод

Для того, чтобы обеспечить эмиссию электронов с катода, его дополнительно подогревают^[1]

По способу подогрева катоды подразделяются на катоды прямого и косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой металлическую нить. Лампы прямого накала потребляют меньшую мощность и быстрее разогреваются, однако, обычно имеют меньший срок службы, при использовании в сигнальных цепях требуют питания накала постоянным током, а в ряде схем неприменимы из-за влияния разницы потенциалов на разных участках катода на работу лампы.
Катод косвенного накала представляет собой цилиндр, внутри которого располагают нить накала (подогреватель). Такие лампы называются лампами косвенного накала.

Катоды ламп активируют металлами, имеющими малую работу выхода. В лампах прямого накала для этого обычно применяют торий, в лампах косвенного накала в барий. Несмотря на наличие тория в катоде, лампы прямого накала не представляют опасности для пользователя, поскольку его излучение не выходит за пределы баллона.

[править] Анод

Анод электронной лампы

Положительный электрод. Выполняется в форме пластины, чаще коробочки имеющей форму цилиндра или параллелепипеда. Изготавливается обычно из никеля или молибдена, иногда из тантала и графита.

[править] Сетка

Между катодом и анодом располагаются сетки, которые служат для управления потоком электронов и устранения побочных явлений, возникающих при движении электронов от катода к аноду.

Сетка представляет собой решетку из тонкой проволоки или чаще выполнена в виде проволочной спирали, навитой на несколько поддерживающих стоек (траверс). В стержневых лампах роль сеток выполняет система из нескольких тонких стержней, параллельных катоду и аноду, и физика их работы иная, чем в традиционной конструкции.

По назначению сетки подразделяются на следующие виды:

Управляющая сетка в при изменении напряжения на которой можно регулировать силу анодного тока лампы, тем самым заставляя усиливать сигнал;

Экранирующая сетка в устраняет паразитную связь между управляющей сеткой лампы и анодом. Эту сетку соединяют с положительным полюсом источника анодного питания. Если вывод анода случайно отойдёт, то через эту сетку может потечь ток значительной силы, что приведёт к повреждению лампы. Для предотвращения этого явления последовательно с экранирующей сеткой включают резистор сопротивлением в несколько килоом;

Антидинатронная сетка в устраняет динатронный эффект, возникающий при ускорении электронов полем экранирующей сетки. Противодинатронную сетку соединяют с катодом лампы, иногда такое соединение сделано внутри баллона лампы.

В зависимости от назначения лампы, она может иметь до семи сеток. В некоторых вариантах включения многосеточных ламп, отдельные сетки могут выполнять роль анода. Например, в генераторе по схеме Шембеля на тетроде или пентоде собственно генератором служит «виртуальный» триод, образованный катодом, управляющей сеткой и экранирующей сеткой в качестве анода^[3]^[4].

[править] Баллон

Блестящее напыление (геттер), которое можно видеть на стекле большинства электронных ламп, выполняет двойную функцию в адсорбент остаточных газов, а также индикатор вакуума (многие виды геттера белеют при попадании воздуха в лампу в случае нарушения её герметичности).

Металлические электроды (токовводы), проходящие через стеклянный корпус лампы, должны быть согласованы по коэффициенту теплового расширения с данной маркой стекла и хорошо смачиваться расплавленным стеклом. Их выполняют из платины (редко), платинита, молибдена и др.^[5]

[править] Основные типы

Малогабаритные («пальчиковые») радиолампы

Основные типы электронных вакуумных ламп:

Диоды (легко делаются на большие напряжения, см кенотрон)
Триоды
Тетроды
Пентоды
лучевые тетроды и пентоды (как разновидности этих типов)
Гексоды
Гептоды
Октоды
Ноноды
комбинированные лампы (фактически включают 2 или более ламп в одном баллоне)

[править] Современные применения

Металлокерамический генераторный триод ГС-9Б с воздушным охлаждением (СССР)

[править] Высокочастотная и высоковольтная мощная техника

В мощных радиовещательных передатчиках (от 100 Вт до единиц мегаватт) в выходных каскадах применяются мощные и сверхмощные лампы с воздушным или водяным охлаждением анода и высоким (более 100 А) током накала. Магнетроны, клистроны, т. н. радиолампа бегущей волны обеспечивают сочетание высоких частот, мощностей и приемлемой стоимости (а зачастую и просто принципиальной возможности существования) элементной базы.
Магнетрон можно встретить не только в радаре, но и в любой микроволновой печи.
При необходимости выпрямления или быстрой коммутации нескольких десятков кВ, которую невозможно осуществлять механическими ключами, необходимо использовать радиолампы. Так, кенотрон обеспечивает приемлемую динамику на напряжениях до миллиона вольт.

[править] Военная промышленность

Из-за принципа действия электронные лампы являются устройствами, значительно более устойчивыми к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Для информации: в единственном устройстве может быть несколько сотен ламп. В СССР для применения в бортовой военной аппаратуре в 1950-е годы были разработаны стержневые лампы, отличавшиеся малыми размерами и большой паллетный механической прочностью.

Миниатюрная лампа типа «желудь» (пентод 6Ж1Ж, СССР, 1955 г.)

[править] Космическая техника

Радиационная деградация полупроводниковых материалов и наличие естественного вакуума межпланетной среды делает применение некоторых типов ламп средством повышения надёжности и долговечности космических аппаратов. Применение в АМС Луна-3 транзисторов было связано с большим риском.^[6]

[править] Повышенная температура среды и радиация

Ламповое оборудование может быть рассчитано на больший температурный и радиационный диапазон условий, нежели полупроводниковое.

[править] Высококачественная звуковая аппаратура

По субъективному мнению большинства меломанов, «ламповый» звук принципиально отличается от «транзисторного». Существует несколько версий объяснения этих различий, как основанных на научных исследованиях, так и откровенно ненаучных рассуждениях. Одно из главных объяснений различий лампового и транзисторного звука, заключается в "естественности" звучания ламповой аппаратуры. Ламповый звук "объемный" (некоторые называют его "голографическим"), в оличие от "плоского" транзисторного. Ламповый усилитель отчетливо передает эмоции, энергетику исполнителя, "драйв" (за что их обожают гитаристы). Транзисторные усилители с трудом справляются с такими задачами. Нередко, конструкторы транзисторных усилителей используют схожую с лампами схемотехнику (режим работы в классе А, трансформаторы, отсутствие общей отрицательной обратной связи). Общим результатом этих представлений стало «возвращение» ламповой техники в сферу высококачественных усилителей. Объективная (научная) причина такого положения - высокая линейность (но не идеальная) лампы, в первую очередь триода. Транзистор, в первую очередь биполярный, элемент вообще нелинейный, и как правило не может работать без мер по линеаризации.

Достоинства ламповых усилителей:

в Простота схем. Её параметры мало зависят от внешних факторов. В результате в ламповом усилителе, как правило, меньше деталей, чем в полупроводниковом.

в Параметры ламп слабее зависят от температуры, чем параметры транзистора. Лампы малочувствительны к электрическим перегрузкам. Малое число деталей также весьма способствует надёжности и снижению искажений, вносимых усилителем. В транзисторном усилителе имеются проблемы с "тепловыми" искажениями.

в Хорошая согласуемость входа лампового усилителя с нагрузкой. Ламповые каскады имеют очень большое входное сопротивление, что снижает потери и способствует уменьшению количества активных элементов в радиоустройстве. в Простота обслуживания. Если, например, у концертного усилителя прямо во время выступления выходит из строя лампа, то заменить её гораздо проще, чем сгоревший транзистор или микросхему. Но этим на концертах всё равно никто не занимается. Усилителей на концертах всегда в запасе, а ламповых в в двойном запасе (потому что, как ни странно, ламповые усилители значительно чаще ломаются).

в Отсутствие некоторых видов искажений, присущих транзисторным каскадам, что благоприятно сказывается на звуке.

в При грамотном использовании преимуществ ламп можно создавать усилители, превосходящие транзисторные по качеству звучания в пределах определённых ценовых категорий.

в Субъективно винтажный внешний вид при создании имиджевых образцов аппаратуры.

Недостатки ламповых усилителей:

в Помимо питания анодов, лампы требуют дополнительных затрат мощности на накал. Отсюда низкий КПД, и как следствие в сильный нагрев.

в Ламповая аппаратура не может быть мгновенно готова к работе. Требуется предварительный прогрев ламп в течение нескольких десятков секунд. Исключение составляют лампы прямого накала, которые начинают работать сразу.

в Выходные ламповые каскады требуется согласовывать с нагрузкой при помощи трансформаторов. Как следствие в сложность конструкции и плохие массо-габаритные показатели за счёт трансформаторов.

в Лампы требуют применения высоких напряжений питания, составляющих сотни (а в мощных усилителях в тысячи) вольт. Это накладывает определённые ограничения в плане безопасности при эксплуатации таких усилителей. Также высокое снимаемое напряжение почти всегда требует применения понижающающего выходного трансформатора. При этом любой трансформатор является нелинейным устройством в широком диапазоне частот, что обуславливает внесение нелинейных искажений в звучание на уровне близком к 1 % у лучших моделей ламповых усилителей (для сравнения: нелинейные искажения лучших транзисторных усилителей настолько малы, что их невозможно измерить). Для лампового усилителя, можно считать нормальными искажения на уровне 2-3%. Характер и спектр этих искажений отличается от искажений транзисторного усилителя. На субъективном восприятии, обычно это никак не сказывается. Трансформатор - конечно нелинейный элемент. Но его очень часто используют на выходе ЦАПа, где он осуществляет гальваническую развязку (препятствует проникновению помех из ЦАПа), играет роль фильтра ограничивающего полосу, и по видимому, обеспечивает правильный "расклад" фаз сигнала. В итоге, не смотря на все минусы трансформатра (в первую очередь - высокую стоимость), звучание только выигрывает. Также трансформаторы, не редко, с успехом, используют в транзисторных усилителях.

в Лампы имеют ограниченный срок службы. С течением времени параметры ламп меняются, катоды теряют эмиссию (способность испускать электроны), а нить накала может перегореть (большинство ламп работают до отказа 200в1000 часов, транзисторы на три порядка больше). У транзисторов также возможна деградация со временем.

в Хрупкость классических ламп со стеклянным баллоном. Одним из решений данной проблемы была разработка в 40-х годах прошлого века ламп с металло-керамическими баллонами, имеющими большую прочность, однако такие лампы не получили широкое распространение.

Некоторые особенности ламповых усилителей:

в По субъективному мнению аудиофилов, звучание электрогитар передаётся гораздо лучше, глубже и «музыкальнее» именно ламповыми усилителями. Некоторые объясняют это нелинейностью выходного узла и вносимыми искажениями, которые «ценятся» любителями электрогитар. Это на самом деле не так. Гитаристы используют эффекты связанные с увеличением искажений, но для этого в схему вносятся соответствующие изменения намеренно.

в Очевидные недостатки лампового усилителя в хрупкость, большее потребление энергии, нежели у транзисторного, меньший срок службы ламп, большие искажения (об этом, как правило вспоминают, читая технические характеристики, из-за серьезного несовершенства измерения основных параметров усилителей, многие производители такие данные не приводят, или по другому - два совершенно одинаковых, с точки зрения измеренных параметров, усилителя, могут звучать совершенно по разному), большие габариты и масса аппаратуры, а также стоимость, которая выше, чем у транзисторной и интегральной техники. Энергопотребление качественного транзисторного усилителя, также велико, впрочем его габариты и вес могут быть сопоставимы с ламповым усилителем. В общем, есть такая закономерность, чем "звучнее", "музыкальнее" и т.д., усилитель, тем его габариты и потребляемая мощность больше, а КПД ниже. Конечно, усилитель класса D может быть весьма компактным, а его КПД будет составлять 90%. Вот только что делать со звуком? Если у вас намечается борьба за экономию электроэнергии, то конечно, ламповый усилитель в этом деле не помощник.

[править] Классификация по названию

[править] Маркировки, принятые в СССР/России

Основная статья: Радиолампы производства СССР/России

[править] Маркировки в других странах

В Европе в 30е годы ведущими производителями радиоламп была принята Единая европейская система буквенно-цифровой маркировки:

в Первая буква характеризует напряжение накала или его ток:

А в напряжение накала 4 В;

В в ток накала 180 мА;

С в ток накала 200 мА;

D в напряжение накала до 1.4 В;

E в напряжение накала 6.3 В;

F в напряжение накала 12.6 В;

G в напряжение накала 5 В;

H в ток накала 150 мА;

К в напряжение накала 2 В;

P в ток накала 300 мА;

U в ток накала 100 мА;

V в ток накала 50 мА;

X в ток накала 600 мА.

в Вторая и последующие буквы в обозначении определяют тип ламп:

A в диоды;

B в двойные диоды (с общим катодом);

C в триоды (кроме выходных);

D в выходные триоды;

E в тетроды (кроме выходных);

F в пентоды (кроме выходных);

L в выходные пентоды и тетроды;

H в гексоды или гептоды (гексодного типа);

K в октоды или гептоды (октодного типа);

M в электронно-световые индикаторы настройки;

P в усилительные лампы со вторичной эмиссией;

Y в однополупериодные кенотроны;

Z в двухполупериодные кенотроны.

в Двузначное или трехзначное число обозначает внешнее оформление лампы и порядковый номер данного типа, причем первая цифра обычно характеризует тип цоколя или ножки, например:

1-9 в стеклянные лампы с ламельным цоколем («красная серия»)

1х в лампы с восьмиштырьковым цоколем («11-серия»)

3х в лампы в стеклянном баллоне с октальным цоколем;

5х в лампы с локтальным цоколем;

6х и 7х в стеклянные сверхминиатюрные лампы;

8х и от 180 до 189 в стеклянные миниатюрные с девятиштырьковой ножкой;

9х в стеклянные миниатюрные с семиштырьковой ножкой.

[править] См. также

Бареттер

[править] Газоразрядные лампы

Тиратрон

В газоразрядных лампах обычно используется разряд в инертных газах при низких давлениях. Примеры газоразрядных электронных ламп:

Неоновые лампы, служащие для световой индикации
Стабилитроны
Газоразрядники для защиты от высокого напряжения (например на воздушных линиях связи),
Тиратроны (трёхэлектродные лампы в газоразрядные триоды, четырёхэлектродные в газоразрядные тетроды)
Крайтроны,
Счётчики Гейгера в Мюллера,
Ксеноновые лампы (используются в фотовспышках, в фарах дорогих автомобилей в хотя, это уже скорее осветительные приборы, а не электронные лампы, но по конструкции они являются тоже газоразрядными)

[править] См. также

AOpen AX4B-533 Tube в Материнская плата на чипсете Intel 845 Sk478 с ламповым усилителем звука

AOpen AX4GE Tube-G в Материнская плата на чипсете Intel 845GE Sk478 с ламповым усилителем звука

AOpen VIA VT8188A в Материнская плата на чипсете VIA K8T400M Sk754 С 6-канальным ламповым усилителем звука.

Hanwas X-Tube USB Dongle в USB звуковая карта для ноутбуков с поддержкой DTS, имитирующая внешним видом электронную лампу.

[править] Примечания

в‘ ¹ ² Батушев В. А. Электронные приборы: Учебник для вузов. в 2-е, перераб. и доп. в М.: Высшая школа, 1980. в С. 302-303. в 383 с.
в‘ А. А. Чернышёв Биография на сайте Великие ученые XX века
в‘ С. Матлин. Портативный передатчик.//«Радио» в„– 1, 1967, с. 18-20
в‘ Г. Джунковский, Я. Лаповок. Передатчик третьей категории.//«Радио» в„– 10, 1967, с. 17-20
в‘ Коленко Е. А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. в СПб.: Политехника, 1994. в С. 376. в 751 с. в ISBN 5-7325-0025-1
в‘ Е-2 УХОДИТ К ЛУНЕ

[править] Ссылки

[ep-0] в‘ ¹ ² Батушев В. А. Электронные приборы: Учебник для вузов. в 2-е, перераб. и доп. в М.: Высшая школа, 1980. в С. 302-303. в 383 с.

[1] в‘ А. А. Чернышёв Биография на сайте Великие ученые XX века

[2] в‘ С. Матлин. Портативный передатчик.//«Радио» в„– 1, 1967, с. 18-20

[3] в‘ Г. Джунковский, Я. Лаповок. Передатчик третьей категории.//«Радио» в„– 10, 1967, с. 17-20

[4] в‘ Коленко Е. А. Технология лабораторного эксперимента: Справочник. в СПб.: Политехника, 1994. в С. 376. в 751 с. в ISBN 5-7325-0025-1

[5] в‘ Е-2 УХОДИТ К ЛУНЕ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Пассивные твердотельные	Резистор · Переменный резистор · Подстроечный резистор · Варистор · Конденсатор · Переменный конденсатор · Подстроечный конденсатор · Катушка индуктивности · Кварцевый резонатор · Предохранитель · Самовосстанавливающийся предохранитель · Трансформатор
Активные твердотельные	Диод · Светодиод · Фотодиод · Полупроводниковый лазер · Диод Шоттки · Стабилитрон · Стабистор · Варикап · Вариконд · Диодный мост · Лавинно-пролётный диод · Туннельный диод · Диод Ганна Транзистор · Биполярный транзистор · Полевой транзистор · КМОП-транзистор · Однопереходный транзистор · Фототранзистор · Составной транзистор Интегральная схема · Цифровая интегральная схема · Аналоговая интегральная схема Тиристор · Симистор · Динистор · Мемристор
Пассивные вакуумные	Бареттер
Активные вакуумные и газоразрядные	Электронная лампа · Электровакуумный диод · Триод · Тетрод · Пентод · Гексод · Гептод · Пентагрид · Октод · Нонод · Механотрон · Клистрон · Магнетрон · Амплитрон · Платинотрон · Электронно-лучевая трубка · Лампа бегущей волны
Устройства отображения	Электронно-лучевая трубка · ЖК-дисплей · Светодиод · Газоразрядный индикатор · Вакуумно-люминесцентный индикатор · Флажковый индикатор · Семисегментный индикатор
Акустические устройства и датчики	Микрофон · Динамик · Тензорезистор · Пьезокерамический излучатель
Термоэлектрические устройства	Термистор · Термопара · Элемент Пельтье

Электронная лампа

Содержание

[править] Принцип действия

[править] Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом

[править] Газонаполненные электронные лампы

[править] История

[править] Конструкция

[править] Катод

[править] Анод

[править] Сетка

[править] Баллон

[править] Основные типы

[править] Современные применения

[править] Высокочастотная и высоковольтная мощная техника

[править] Военная промышленность

[править] Космическая техника

[править] Повышенная температура среды и радиация

[править] Высококачественная звуковая аппаратура

[править] Классификация по названию

[править] Маркировки, принятые в СССР/России

[править] Маркировки в других странах

[править] См. также

[править] Газоразрядные лампы

[править] См. также

[править] Примечания

[править] Ссылки

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках