|
Меню сайта
Статистика
|
Средство усиления радиолампыСредство усиления радиолампыВ современных приемниках роль усилителя играют радиолампы. Но так было не всегда. Для приема близких и мощных радиостанций можно построить приемник и без усилительных ламп. Если во входном контуре развиваются достаточно мощные электрические колебания, то, выпрямив этот высокочастотный переменный ток и включив в его цепь телефон, можно услышать радиопередачу. Так и работали первые приемники (рис. 9).
Детектор был очень капризен. Чтобы он начал работать, нужно было тонкой, заостренной на конце проволочкой найти на кристалле точку, в которой он обладает наибольшей чувствительностью. Точку приходилось каждый раз искать заново. В 1883 г. знаменитый американский изобретатель Томас Альва Эдисон экспериментировал с пустотной лампой накаливания — прообразом обычной электрической лампочки. В то время такие лампы еще не наполнялись инертным газом. Чтобы предотвратить перегорание нити накала, из них откачивали воздух до возможно большой степени разряжения. В одном из опытов в стеклянный баллон лампы была впаяна, кроме нити накала, металлическая пластинка (рис. 10). Совершенно случайно подключив положительный полюс батареи к пластинке, а отрицательный — к нити накала, Эдисон заметил, что через пространство между нитью и пластинкой течет электрический ток. Неожиданное открытие взволновало и заинтересовало Эдисона, но объяснить его физическую сущность и применить на практике он так и не смог. Почему ток при этих условиях течет через безвоздушное пространство? Вещество, как вы знаете, состоит из атомов. В центре каждого атома расположено ядро. Его окружает одна или несколько электронных оболочек. Ядро заряжено положительно, а каждый электрон несет отрицательный заряд. В целом атом нейтрален, так как отрицательный заряд всех электронов равен положительному заряду ядра. Но электроны не связаны с атомом неразрывно — при известных обстоятельствах они могут его покидать. Тогда в потерявшем электрон атоме появится избыток положительного заряда. Особенно легко расстаются с электронами атомы металлов. Остов их кристаллической решетки состоит из ионов, между ними беспорядочно движутся свободные электроны. Чтобы свободный электрон мог «выскочить» из металла, он должен преодолеть притяжение положительно заряженных ядер или ионов, составляющих кристаллическую решетку, Металл, из которого вылетел хоть один электрон, становится положительно заряженным и начинает притягивать электрон обратно. Чтобы преодолеть это притяжение, свободный электрон должен обладать достаточной энергией. Такую энергию он получает, например, когда проводник нагревается. При нагревании скорость движения электронов увеличивается, растет запас их кинетической энергии, и при определенной температуре ее уже оказывается достаточно, чтобы преодолеть силы, удерживающие электрон внутри металла. Сначала вылетают наиболее быстрые электроны, и чем выше температура, тем все больше электронов покидает проводник. Процесс испускания электронов, происходящий при нагревании проводников, носит название термоэлектронной эмиссии. В металлах заметная эмиссия электронов начинается при температуре 2000°Ц. Правда, далеко не каждый металл выдерживает такую температуру, не плавясь! Но есть и тугоплавкие. Вольфрам, например, при температуре белого каления (2200°) еще достаточно прочен. Первые радиолампы потому и назывались лампами, что они светились не хуже обычных осветительных. Это и понятно: ведь нужно было обеспечить хорошую эмиссию. Свечение электронной лампы не мешает эмиссии, но на нагревание нити до белого каления идет слишком много электроэнергии, такие лампы неэкономичны. Поэтому очень важно было повысить эмиссионную способность нагретой нити. Раньше для этого добавляли к вольфраму торий или барий, а сейчас нить покрывают соединениями окислов бария, стронция или других металлов. Все эти меры облегчают выход электронов из металла, и термоэлектронная эмиссия начинается при более низких температурах — при 500—700° Ц. В современных радиолампах часто используют подогревный катод. Он представляет собой трубочку, внутри которой протянута нить, накаленная электрическим током.
Простейшая радиолампа — диод (рис. 11) — состоит из раскаленной нити, испускающей электроны, и пластинки, помещенной на их пути. Нить — это катод, пластинка — анод. К катоду приложено отрицательное напряжение, к аноду — положительное. Если диод включен в цепь переменного тока, он пропускает ток только в одном направлении, т. е. работает в те периоды, когда к аноду приложено положительное напряжение. Когда же к аноду подведено отрицательное напряжение, диод оказывается «запертым» и ток через него не проходит. Как правило, напряжение в цепях переменного тока изменяется строго периодически: отрицательные и положительные полупериоды следуют друг за другом через равные промежутки времени. Изменения переменного напряжения обычно изображают синусоидой — кривой, которая очень напоминает волну. Процессы, происходящие в диоде, нагляднее всего можно представить графиком. На рисунке 12 изображена синусоида напряжения, которое подается между анодом и катодом диода. Ток течет через прибор, включенный в цепь диода, только когда к аноду лампы приложены положительные значения напряжения. На втором графике видно, что этот ток пульсирующий, он течет только в одном направлении, но напряжение его меняется и даже прерывается Даже небольшое положительное напряжение «открывает» диод, так как и без приложенного напряжения через диод течет при достаточной эмиссии «начальный» ток, правда очень небольшой. Настоящую революцию в радиотехнике совершила другая лампа, появившаяся вслед за диодом. В 1906 г. американец Ли де Форест ввел в радиолампу третий электрод. Между катодом и анодом он расположил пластинку с отверстиями. Отверстий было так много, что электрод напоминал сетку. До сих пор его так и называют сеткой, хотя теперь он больше похож на спираль. По числу электродов лампу назвали триодом (рис. 13). Если на сетку не подать напряжение, электроны будут свободно пролетать через нее к аноду, практически не задерживаясь: отверстие даже в самой густой сетке неизмеримо больше, чем электрон. Отрицательный заряд на сетке отталкивает электроны, и только некоторые из них могут проскочить через нее. Можно, разумеется, так повысить отрицательный заряд, что сетка полностью «запрет» лампу и ток прекратится. Для этого достаточно отрицательное напряжение всего в несколько вольт. Это напряжение так и называется напряжением запирания. Если же подать на сетку положительное напряжение, она начнет притягивать электроны, разгонять их. Большинство из них так разгоняется, что проскакивает сетку «с ходу». А за ней электроны еще сильнее притягивает анод. Положительный заряд сетки помогает добраться до анода и тем электронам, скорость которых так мала, что без ускорения они не долетели бы до него. Те же электроны, которые «воткнутся» в «проволочки» сетки или пролетят очень близко от них и притянутся ими, создадут побочный «сеточный ток». Но обычно он ничтожно мал по сравнению с основным, анодным током. Пока на сетке отрицательное напряжение, лампа заперта. Сетка не позволяет ни одному электрону подойти к аноду, но катод продолжает их беспрерывно испускать. Между катодом и сеткой возникает так называемое электронное облако. Его плотность увеличивается до тех пор, пока оно само не станет выталкивать электроны, вылетающие из катода обратно. Когда на сетку подается положительное напряжение, к аноду устремляется из электронного облака целая лавина электронов. Электронное облако — это резерв свободных электронов, которыми так эффективно управляет сетка. Катод испускает за секунду строго определенное количество электронов, оно зависит от температуры катода и от металла, из которого он сделан. При появлении на сетке положительного потенциала все электронное облако притягивается к аноду. В этот момент анодный ток достигает наибольшей величины, он так и называется током насыщения радиолампы. Если положительное напряжение на сетке и на аноде увеличить, ток, идущий через лампу, не станет больше, ибо катод при данной температуре не может испускать электронов больше. Попробуем теперь подать на сетку переменное напряжение (рис. 14), т. е. увеличивать и уменьшать с какой-то частотой (столько-то раз в секунду) потенциал сетки. Очевидно, тем самым мы будем ослаблять или увеличивать анодный ток в такт с изменениями напряжения на сетке. На аноде появится копия всех изменений напряжения, поданного на сетку, но копия значительно увеличенная. С помощью небольшого переменного напряжения сетка превращает большую энергию анодной батареи в энергию переменного напряжения, которое точно повторяет изменения напряжения на сетке. Лампа с сеткой обладает еще одним ценнейшим свойством — безынерционностью. Это значит, что изменение напряжения на сетке мгновенно изменяет величину анодного тока, так как скорость электронов в вакууме громадна. Сетка совершила в технике революцию. Она позволила усиливать слабые радиосигналы во много тысяч раз. Кроме того, с ее помощью можно генерировать радиоволны. Ламповые генераторы быстро вытеснили все другие приборы, применявшиеся в то время, так как они были проще, надежнее и позволяли передавать по радио речь и музыку. Они легко перестраиваются на волну любой длины и не мешают друг другу. С появлением генераторных ламп, радиотехника стала стремительно развиваться. Усилительные качества диодов и триодов непрерывно улучшались. В 1920 г. один из основоположников современной радиотехники, М. А. Бонч-Бруевич, сконструировал в Нижегородской радиолаборатории мощную электронную генераторную лампу с водяным охлаждением. В том же году были проведены первые пробные передачи по радио речи и музыки. А через год был передан по радио из Москвы концерт для Берлина. Это была рекордная для того времени дальность музыкальной передачи. Немцы прекрасно слышали музыку, но ответить таким же концертом не могли: в Германии в то время радиотехника была еще слабой. В 1933 г. в Москве была создана самая большая по тому времени радиостанция им. Коминтерна, мощностью в 500 квт. Триод открыл для радио новый период. Ученые, изобретатели, инженеры непрерывно совершенствовали электронную лампу, улучшали ее качества и расширяли область ее применения. Появились лампы с двумя, тремя, четырьмя, пятью и даже шестью сетками. С помощью этих ламп стало возможным управлять электрическими колебаниями и преобразовывать их.
|
ПОИСК
Block title
|
Электрические колебания контура пропускались через детектор — кристалл сернистого свинца — галенита. Этот кристалл выпрямляет переменный электрический ток. 
Самое важное условие высокой эмиссии при нагревании — это вакуум. Если бы Эдисон не откачал из лампы воздух, он едва ли заметил бы, что от пластинки к нити течет ток. Вырываясь из раскаленного металла, электроны сразу встретились бы с атомами и молекулами воздуха, быстро потеряли бы свою энергию и не добрались бы до пластинки. Поэтому нить, испускающую электроны, помещают в стеклянный или металлический баллон, из которого откачан воздух. Давление в баллоне в несколько миллиардов раз меньше атмосферного, и электроны распространяются здесь практически беспрепятственно. Из миллиона электронов только один может встретиться с молекулой газа.
