Детская энциклопедия

Меню сайта











Средство усиления радиолампы

В 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).

Электри­ческие колебания контура пропускались через детектор — кристалл сернистого свинца — га­ленита. Этот кристалл выпрямляет переменный электрический ток.

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.

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.

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.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016