«ДИНОЗАВРЫ» ДВАДЦАТОГО ВЕКА. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ РАДИОЛАМП
Основным фактором, который должны были учитывать инженеры, стали особые условия, в которых работает лампа: это высокие температуры и вакуум.
Работа над технологией начиналась с выбора материала. Проблемой материалов для электронных ламп занимались целые институты, были опубликованы тысячи статей и книг. В крупных фирмах существовали даже специальные металлургические отделы. Ситуация обычно складывалась так, что материалы, которые способны выдерживать высокие температуры, например тугоплавкие молибден и вольфрам, сильнее и нагреваются из-за плохой теплопроводности. Приходилось экспериментировать со сплавами или с композициями (смесями). Так, у смеси вольфрама и меди высокая проводимость сочетается с хорошей теплопроводностью и достаточной прочностью.
После того как материалы выбраны, деталям из них нужно придать соответствующую форму. Зачастую для этого применяли те же способы механической обработки, что и в других отраслях машиностроения и приборостроения. Правда, старались, например, обойтись без механической полировки — после нее в поверхностном слое остается много загрязнений. В качестве альтернативы использовали химическую или электрохимическую полировку, а также шлифовку. Раньше чем где-либо, в производстве радиоламп нашли применение электрофизические методы размерной обработки: электроэрозионная и ультразвуковая.
Подавляющее большинство металлических деталей ламп получали пластической деформацией — гибкой (токопроводящие элементы, сетки, навиваемые в виде спиралей на траверсы), штамповкой (фрагменты анодов) и др. В результате менялась структура материала — в нем возникали механические напряжения, которые впоследствии могли исказить форму и размеры деталей. Снизить напряжения и восстановить структуру металла помогает отжиг — выдержка при высокой температуре и медленное охлаждение.
ЧТО ОБЩЕГО МЕЖДУ РАДИОЛАМПОЙ И БУТЫЛКОЙ ШАМПАНСКОГО?
Когда открывают бутылку с шампанским или газированной водой, начинают выделяться пузырьки газа: при уменьшении давления растворимость газов в жидкости уменьшается. То же происходит и при нагреве. В металлах, из которых делают радиолампы, тоже растворены газы, и, чтобы в готовой лампе сохранялся хороший вакуум, детали подвергают отжигу.
Атмосфера в отжиговой печи должна быть очень чистой, только в этом случае примеси уходят с поверхности, а не насыщают ее. На первый взгляд кажется, что оптимально было бы отжигать детали и заготовки в вакууме. Но получить высокий вакуум в большой печи, набитой грязными (по меркам электроники) деталями, весьма непросто и дорого. Вместо вакуума для отжига хорошо подошла атмосфера водорода, который заодно восстанавливал оксидные пленки. Правда, водород проникает в некоторые металлы. Но на это, как правило, не обращали внимания: при обработке уже собранной лампы водород относительно легко выходил из деталей и откачивался насосами. Нельзя лишь отжигать в водороде металлы, активно поглощающие водород, например титан, — они становятся хрупкими. Такие детали отжигали в аргоне, а иногда в смесях инертного и восстанавливающего газов.
При отжиге из металлов удаляли азот, углерод и кислород. На поверхности образовывались вода и углекислый газ — это диффундирующие из глубины металла атомы водорода и углерода взаимодействуют с оксидами. Углерод, содержавшийся в стальных деталях, при таких температурах не вступал в реакцию с водородом, и их отжигали во «влажном водороде» — смеси водорода и водяного пара. Из стекла и керамики при отжиге также выделяются водяной пар и углекислый газ, но они в таком виде растворены в диэлектриках.
Отжечь детали, чтобы они стали чище «снаружи и внутри», очень сложно. В поисках решения этой проблемы выполнено множество исследований, опубликовано немало статей, а в учебниках по технологии электронных ламп отжигу отводится весьма заметное место.
Температура, продолжительность процесса, состав газа, скорость его течения, количество, материал, расположение загружаемых изделий — все влияло на результат, причем зачастую непредсказуемым образом. Бывало, при отжиге загрязнения переносились с одних деталей на другие; несмотря на избыточное давление в печи, туда проникали газы из атмосферы; лампы, собранные из тщательно очищенных деталей, оказывались хуже, чем те, где детали были более грязными. Эти и десятки других загадок, успешные и безуспешные попытки их решения составляли ежедневную работу технологов.
Со временем тайну брака ламп со слишком хорошо очищенными деталями удалось раскрыть. Оказалось, что при особо тщательной очистке поверхность деталей становится химически активной и мгновенно окисляется при извлечении их из печи. У относительно же грязных изделий на поверхности уже существует оксидная пленка, защищающая их от дальнейшего загрязнения.
БЕЗ ПОКРЫТИЙ НЕ ОБОЙТИСЬ
Другим чрезвычайно важным аспектом в производстве радиоламп стало нанесение покрытий. На мебель покрытия наносят, чтобы выглядела красиво, на детали машин — чтобы предохранить их от коррозии, повысить износоустойчивость, улучшить внешний вид. То есть детали и без покрытий не теряют работоспособности. В электронных лампах покрытия, как правило, выполняли именно рабочую функцию. Так, оксид кальция увеличивает эмиссионную способность катода. Такими же свойствами обладают оксиды других щелочноземельных металлов, в частности бария и тория. В связи с этим изменилась конструкция катодов: внутри узкого металлического цилиндра с нанесенным на его наружную поверхность эмиссионным покрытием помещали нить нагревателя, покрытую, в свою очередь, изоляционной пленкой.
Лампы с подогревными катодами оказались во много раз более эффективными и долговечными. Поэтому в технологии электронных ламп иногда логичнее было говорить не о покрытиях на деталях, а о деталях, которые существуют лишь как основа для покрытия. Например, на экраны электронно-лучевых трубок наносили (и сейчас наносят) люминофоры — без них не получишь видимого изображения.
Применялись и вообще непонятные на первый взгляд процессы. Например, на слюдяные изоляторы ламп наносили покрытия из частиц оксидов магния и алюминия, чтобы сделать поверхность шероховатой. Изолятор на изолятор, да еще ради придания шероховатости? Все дело в том, что из-за высоких температур металлические детали ламп частично испаряются, и нельзя допустить, чтобы частицы металла, осаждаясь на изоляторах, создавали сплошную пленку — может произойти короткое замыкание. А так они попадут только на выступы поверхности изоляторов, а углубления останутся чистыми.
Вообще, методов нанесения покрытий существует великое множество. Например, чтобы сетки не эмитировали электроны (термические из-за нагрева от расположенного рядом катода или вторичные), на них гальванически наносят слой металла с высокой работой выхода — золото, серебро, титан, сплав олова с никелем и др.
Однако в технологии электровакуумных приборов для образования покрытий на детали чаще наносят слой порошка и затем его спекают. Частицы порошка и подложки срастаются друг с другом за счет взаимной диффузии. Степень спекания обычно невелика, и покрытие получается пористым. Пористость не мешает работе лампы, а подчас даже полезна. Похожее структурой на губку, пористое покрытие имеет очень большую поверхность, благодаря чему, скажем, увеличивается эмиссионная способность катода или поглощающая способность геттера — специального вещества, помещаемого в баллон лампы и адсорбирующего оставшиеся после откачки газы.
СВАРКА ИЛИ ПАЙКА?
Готовые детали — катоды с эмиссионным покрытием, намотанные на траверсы сетки, подогреватели со слоем изолятора, штампованные из листа или массивные медные аноды, изоляторы из слюды или керамики, заготовки колб и выводов — укладывали в особые боксы, называемые эксикаторами, с обезвоженной и обеспыленной атмосферой, и можно было начинать сборку.
В лампах детали неподвижны (они и не должны двигаться, иначе все параметры «поплывут»), поэтому их соединяли с помощью сварки, пайки и неподвижных посадок. Правда, вначале некоторые мощные лампы делали разборными, и они работали с постоянной откачкой вакуумными насосами (но так продолжалось совсем недолго).
Главная проблема для технологов заключалась в том, что приходилось сваривать и паять самые разнородные материалы: металлы с металлами, стекло с металлом, керамику с металлом. Кроме того, в процессе работы элементы лампы разогреваются, и если соединяемые материалы имеют различные коэффициенты теплового расширения, то в соединении могут возникать механические напряжения, приводящие даже к его разрушению. Металлические детали маломощных ламп соединяли обычно точечной контактной электросваркой; при производстве мощных ламп применяли аргонно-дуговую сварку, дававшую вакуумно-плотный шов и поэтому позволявшую сваривать детали оболочки лампы.
При сварке плавятся материалы обеих свариваемых деталей. Если же один из материалов остается твердым, то такой процесс называется пайкой оплавлением. Именно так соединяли стеклянную колбу лампы с металлическими выводами, причем плавилось стекло. Кстати, для выводов изобрели особый сплав железа с никелем (28%) и кобальтом (18%). Он называется коваром и имеет коэффициент температурного расширения почти такой, как стекло. Чтобы не возникало термических напряжений в местах соединения выводов с электродами лампы, которые изготовлены из материалов с совсем другими коэффициентами температурного расширения, использовали промежуточные тонкие и гибкие провода, игравшие роль амортизаторов.
При пайке керамики и металла, напротив, плавится металл, причем часто применяют так называемую «активную пайку»: между керамической и металлической деталями прокладывают фольгу из титана, затем этот комплект сжимают и нагревают. За счет диффузии возникала переходная зона, и материалы накрепко соединялись. Наконец, металл с керамикой (впрочем, и стекло со стеклом) можно соединить с помощью пайки, но не металлическими припоями, а «глазурями» — специальным легкоплавким стеклом.
А на какие ухищрения приходилось идти, чтобы соединить, например, сапфир со стеклом или кварц со стеклом! Кварц расширяется при повышении температуры на порядок меньше, чем стекло, и технологам пришлось разработать ряд из примерно десяти стекол с постепенно уменьшающимся коэффициентом температурного расширения. Процесс пайки шел так: на кварц наплавляли первое стекло, далее на него — второе и так далее до обычного стекла: получался этакий слоеный пирог.
Мы так подробно рассказываем о технологии, чтобы стало понятным, как много проблем, подчас самых неожиданных, возникает перед инженерами и как порой изящно с ними справляется человеческий ум.
ТРЕНИРОВАННАЯ ЛАМПА РАБОТАЕТ ДОЛЬШЕ
Но вот лампа собрана, пора откачать из нее воздух, а заодно окончательно очистить и обезгазить детали. Для этого, не прекращая откачки, на электроды подавали рабочие напряжения. С помощью подобного приема, который называют тренировкой, удавалось решить одновременно несколько задач.
Во-первых, происходило активирование катода: чисто практически эмиссионное покрытие проще было наносить в виде карбонатов металлов, а уже они при нагреве превращались в оксиды, выделяя углекислый газ, удаляемый вакуумным насосом.
Во-вторых, на электродах могли оставаться мелкие пылинки. Электрическое поле срывало их с места и переносило на более заряженный электрод. Разогнавшись в поле, они, как метеориты, ударялись о поверхность и испарялись.
Наконец, на поверхности анода, которая никогда не бывает абсолютно ровной, оставались острые выступы. Напряженность поля там оказывалась максимальной, и острие подвергалось интенсивной бомбардировке электронами. Металл в этих местах нагревался до температуры испарения, выступы автоматически сглаживались, а пары металла откачивались. (Случись такое в готовой лампе, наверняка произошел бы электрический пробой.) Напоследок на стенки баллона напыляли тонкий слой металлического геттера, и оставалось лишь отпаять стеклянную трубку (штенгель), соединявшую лампу с откачивающей системой. После этого на баллон устанавливали цоколь и припаивали к выводам ножки.
Наконец промаркированные лампы упакованы в картонные коробочки — и на радиозавод. А там в какие только устройства они не попадали: в бытовые радиоприемники, в радиовещательные передатчики, переносные радиостанции, телевизоры, в устройства автоматики, а позже — в первые компьютеры. На переломе ХХ века электровакуумные приборы выпускали десятками миллионов в год, и их будущее казалось безоблачным. Однако в физических лабораториях уже рождался «могильщик» радиоламп. Им стал созданный в 1947 году американскими учеными У. Шокли и Дж. Бардиным полупроводниковый транзистор. Новый прибор выполнял те же функции, что и электровакуумный триод, но был очень маленьким, долговечным и экономичным, поскольку не требовал энергии для подогрева катода.
История радиоламп
В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа ( диод ), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.
Триод. Трёхэлектродная лампа ( триод ) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой. В 1913 г. немец А. Мейснер (1883-1958 гг.) открыл способность триода генерировать электромагнитные колебания. Благодаря этому был построен первый ламповый радиопередатчик, способный передавать как телефонные, так и телеграфные сигналы. Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными ( с ртутью ). Первые вакуумные приёмно — усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научно — радиотехнический институт с широкой программой.
Радиолампы в промышленности
Внедрение электронных ламп в радиотехнику очень сильно стимулировалось военным значением радиосвязи, вследствие чего период с 1913 по 1919 г. оказал на развитие ламповой радиотехники решающее влияние. С началом войны в 1914 г. российское военное командование принимает решение в спешном порядке построить две мощные передающие искровые станции (в Царском Селе и на Ходынском поле в Москве), а в Твери — приемную стационарную радиостанцию для связи с союзниками, французами и англичанами, и для слежения за передачами немецких радиостанций. Последняя получила название Тверская радиостанция международных сношений. На ней работала команда военных инженеров под началом штабс-капитана В. М. Лещинского, его помощниками были М. А. Бонч-Бруевич (1888-1940 гг.) и П. А. Остряков.
Появление радиоламп в России
Сначала приемно-усилительные радиолампы именовались у нас «катодными» или «пустотными реле». Первая в России серийная лампа, разработанная в 1918 г. в Нижегородской радиолаборатории под руководством М. А. Бонч-Бруевича, называлась ПР-1 («пустотное реле, разработка № 1»). Название выпущенной в 1922 г. Петроградским электровакуумным заводом приемно-усилительной радиолампы типа Р-5 означало: «реле, разработка № 5». Появившаяся в 1923 г. новая лампа с торированным катодом, потреблявшая в 10 раз меньший ток накала, чем Р-5, была названа Микро. Столь же экономичная двухсеточная лампа с катодной сеткой именовалась МДС — «микродвухсетка». Первый маломощный кенотрон получил условное обозначение К2-Т — кенотрон двуханодный с торированным катодом.
В 1920 г. М. А. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт. П. А. Остряков, один из старейших советских радиоспециалистов, в своих воспоминаниях о М. А. Бонч-Бруевиче пишет: «Мощная лампа конструкции Бонч-Бруевича приобрела небывалый вид. Она установила новые во всем мире принципы конструирования мощных генераторных электронных ламп. Это был результат работ радиоинженера, охваченного чувством долга, ученого-новатора, пробивавшего новый путь в технике»
В дальнейшем электронные радиотехнические лампы постоянно совершенствовались, и каждый год приносил что-нибудь новое в этой области. Так, в 1924 г. была изобретена четырехэлектродная (с двумя сетками) электронная лампа, или тетрод, в 1930 г. появилась пятиэлектродная (с тремя сетками) — пентод. Кроме того, в те годы были созданы комбинированные (имеющие две-три ламповые системы в одном баллоне) и многосеточные лампы. К 1929 г. число типов приемно-усилительных ламп настолько возросло, что была введена единая система их наименования. Процесс усложнения электронных ламп продолжается и до настоящего времени.
Радиолампы сегодня
Электронно-лучевые трубки для осциллографирования, т. е. записи быстропеременных электрических явлений, были впервые задействованы в начале прошлого столетия, и одной из первых таких трубок была разработанная проф. Д. А. Рожанским в 1910-1911 гг. Из ионных приборов первым был внедрен ртутный выпрямитель (1908 г.), современный вид которому еще при его создании придал В. П. Вологдин. Позже были разработаны газотрон (1928-1929 гг.), тиратрон (1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т. д. Несмотря на значительные возможности современной твердотельной электронной базы, некоторые типы радиоламп до сих пор не утратили своего значения и используются сегодня в мониторах, мощных радиопередатчиках, в аудиоаппаратуре класса Hi-Fi. Следует также отметить, что разработки в области вакуумной радиотехники продолжаются и поныне, и сейчас можно говорить о появлении новых направлений электроники, таких, как иллотропные структуры и лампы бегущей волны с конфигурацией в виде куба.
Компания «Электрорадиолом приокский» скупает радиодетали по ценам Митинского рынка! Нам вы можете продать радиолампы дорого, просто позвоните по номеру 8 (910) 675 52 49.
История развития радиоламп. С самого начала.
А потом это всё дело заменила одна махонькая деталька. Правда, с самого начала он была нифига не маленькая: 
Пр-1 — просто и со вкусом
Напоминает деталь большинства самолетов пл-1 (интересно знает ли кто-нить тут что это за деталь конкретно, есть во всех пилотируемых летательных аппаратах от древнейших до космических истребителей)
Дзержинский и Бонч–Бруевич поспорили на тему – что лучше иметь: жену или любовницу.
Железный Феликс говорит, что любовницу, а Бонч–Бруевич говорит, что жену. Решили спросить у Ленина.
– Лучше иметь и жену, и любовницу, – ответил Ленин.
– Но как же так, вы, старый большевик.
– очень пгосто. Жене сказал, что пошел к любовнице, любовнице сказал, что пошел к жене, а сам в библиотеку, и учиться, учиться и учиться.
Радиолампы – исторический артефакт или технология будущего Электровакуумные радиоэлементы еще себя покажут!
Р адиолампы – электронные приборы, предназначенные для выпрямления тока и усиления сигнала. Они представляют собой электроды, размещенные в вакуумных стеклянных емкостях, между которыми интенсивно двигаются электроны. Появились они давно – в начале прошлого века. Основоположником технологии считается Джон Амброз Флеминг.
Первое использование радиоламп – детектирование слабых сигналов в телеграфах. Позже их начали применять для выпрямления переменного напряжения источников питания, а затем буквально везде, где сейчас применяют полупроводники – даже в компьютерах. Colossus, ЭНИАК, первый коммерческий серийный компьютер Ferranti Mark 1 – все они были ламповыми. Последний в этом ряду, построенный в 1962 году BRLESC, имел на борту 1727 ламп и 853 транзисторов.
Ближе к концу 50-х начался переход к использованию более высоких радиочастот, техника стала миниатюризироваться, и традиционные электронные лампы начали утрачивать актуальность. Отчаянной попыткой удержаться в массовом сегменте стали сверхминиатюрные радиолампы 6111 или 6021, называемые также «лампы-карандаши», — последнее поколение вакуумных мини-радиоламп, по размеру сравнимых с дискретными транзисторами. Эти маленькие устройства представляют собой абсолютную вершину ламповой технологии и финал массового использования радиоламп в бытовой электронике.
Однако совсем лампы не ушли, и по некоторым оценкам, вполне могут устроить полупроводникам матч-реванш.
Полет электрона в вакууме
Принцип работы радиоламп относительно прост. Герметичная стеклянная колба, из которой откачан воздух, в ней два электрода и вспомогательный элемент – подогреватель. Катод нагревается подогревателем до высоких температур (от 800 до 2000 градусов) и с его поверхности начинают вылетать электроны. Если на анод подать положительное (относительно катода ) напряжение, то под воздействием электрического поля электроны полетят туда – через лампу пойдет электрический ток. Если подать отрицательное – то не полетят. Элемент закрыт, тока нет. Так получают простейший элемент – вакуумный диод, позволяющий преобразовать переменный ток в постоянный.
Если между катодом и анодом добавить третий электрод – управляющую сетку, то появится возможность регулировать величину тока через радиолампу путем изменения напряжения на управляющей сетке – получаем триод, аналог транзистора. (Точнее, в историческом смысле, наоборот – транзистор аналог триода).
Лампы имели и более сложную конструкцию: пентоды, гептоды и так далее, – но общий принцип неизменен, полет электрона в вакууме, регулируемый внешним электрическим или магнитным воздействием. Пример магнитного воздействия – кинескоп, ЭЛТ (электронно-лучевая трубка). Это самая долгоживущая вакуумная лампа в компьютерной технике, ЭЛТ-мониторы небольшими тиражами выпускаются до сих пор.
Несмотря на кажущуюся простоту, электровакуумная техника имеет и свои конструктивные преимущества.
Ламповые бонусы
Радиолампы, помимо того, что приятно светятся, имеют и другие достоинства.
Стабильность температурного режима работы
Радиолампа изначально является высокотемпературным элементом. Ее катод может разогреваться до двух тысяч градусов, другие элементы также нагреваются до температур, многократно превышающих температуру внешней среды. С одной стороны, это лишние (по сравнению с полупроводниками) затраты энергии, с другой – лампа находится все время в режиме работы, который не подвержен влиянию колебаний температуры окружающей среды и изменениям нагрузки. Ламповая схемотехника не нуждается в цепочках термостабилизации и цепях обратной связи, компенсирующих температурную нестабильность полуповодников. Обвязка усилительных каскадов более простая и имеет меньшее количество элементов. И, да – охлаждать ее тоже не нужно. Никаких шумящих кулеров и массивных радиаторов.
Низкие нелинейные искажения
Схемы, выполненные на радиолампах, обладают меньшими гармоническими искажениями сигнала по сравнению со схемами на полевых и биполярных транзисторах.
Устойчивость работы в экстремальных условиях
Поскольку лампы работают в миллиметровом диапазоне длин волн, их сигнал труднее заглушить и они значительно более устойчивы к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. В американской и российской армии сейчас номенклатура приборов на радиолампах порядка 200 тысяч изделий. Лампы используются в критически важных устройствах связи и радарах.
Легкость обслуживания
Радиолампы не требуют специального ухода, при выходе из строя легко заменяются. 99% ремонтов ламповой техники сводится к действию «замена лампы».
Приемлемая стоимость
Лампы (при массовом производстве) достаточно дешевы, что позволило в свое время поставить бытовую электронику в каждый дом. Минусы их тоже очевидны: ограниченный эксплуатационный срок, потребляют много энергии, перед применением требуют прогрева, подвержены «микрофонному эффекту» (изменения параметров, вызванное механическими вибрациями), занимают много места.
Но это не мешает использовать радиолампы и в наши дни. Для чего же?
Ламповая реальность
В наше время миниатюризации электронных устройств кажется, что лампам в современной схемотехнике места нет. Но это не так – ведь не из одних же смартфонов состоит электроника.
Современное применение удобнее рассматривать, разделив лампы на два вида – аудиочастотные и радиочастотные .
Теплый ламповый звук
Аудиочастотные лампы используются в музыкальной и звуковоспроизводящей аппаратуре. Мемы про «теплый ламповый звук» возникли не на пустом месте – радиолампы действительно имеют важное конструктивное преимущество при использовании в звуковых усилительных трактах.
Усилители на радиолампах отличаются минимальными гармоническими искажениями сигнала. Это связано с тем, что усилительные свойства как радиоламп, так и транзисторов определяются так называемой «крутизной характеристики» – зависимостью изменения анодного тока от изменения напряжения управляющей сетки для ламп и зависимостью изменения тока коллектора от изменения напряжения между базой и эмиттером для транзисторов. Определяющим параметром крутизны характеристики является ее «линейность» – прямизна графика зависимости. Чем он прямее, тем меньше искажений при усилении.
У радиоламп крутизна характеристики более линейная, чем у полевых, и тем более, чем у биполярных транзисторов. Питание радиоламп составляет порядка 300 В, что на порядок выше, чем в транзисторных схемах, то есть при равной мощности, амплитуда колебаний анодного тока лампы будет в 10 раз меньше, чем коллекторного тока транзистора. Они умещаются на небольшом линейном участке и «не достают» нелинейных участков по краям характеристики, как у полупроводников. Почему это важно?
В транзиторных усилителях для компенсации искажения применяют цепи отрицательной обратной связи (ООС) – часть сигнала от выходного каскада возвращается к входному, влияя на его работу. Но цепи ООС имеют инерционность, которая приводит к тому, что каждая начальная часть сигнала (например, первая нота музыкального инструмента) не будет успевать обрабатываться. На выходе будет кратковременное искажение сигнала, которую может расслышать человек с хорошим музыкальным слухом.
Так что да – «теплый ламповый звук» существует, а хорошие аудиолампы продолжают производиться, и стоят так, что никаким транзисторам не снилось. Например, немецкие Elrog ER284 обойдутся в 2850 евро за пару.
Холодный ламповый эфир
Радиочастотные лампы распространены даже больше аудиочастотных, просто не все об этом знают. Например, микроволновая печь есть почти в каждом доме, а ее основной элемент – магнетрон – является подвидом радиолампы. Они используются не только для разогрева еды. Есть медицинские магнетроны, используемые в аппаратах радиотерапии, они имеют мощность, измеряемую в мегаваттах. Транзисторам такое не по силам.
Гиротрон – вакуумное устройство высокой мощности, использующееся в основном для разогрева плазмы в экспериментах ядерного синтеза. Гиротрон выдает температуру порядка 150 млн градусов, тут транзистор тоже выглядел бы бледно. У менее мощных гиротронов есть и более массовое, хотя и менее приятное применение — американская армия применяет их для разгона толп (система Active Denial System). Луч микроволнового излучения должен разогревать кожу человека, вызывая ощущение ожога, но не вызывая повреждений.
Клистроны – используются качестве источников радиоволн в физике частиц, но также применяются для просвечивания багажа, стерилизации еды и радиотерапии.
Радиочастотные лампы используются и в системах радиосвязи, применяемых в условиях сильных электромагнитных излучений и радиации, то есть в военных и космических. Они гораздо устойчивее к помехам и воздействию проникающего излучения.
Ламповое будущее
Кажется, что лампы остались только в очень узких и специальных сферах, где их немногочисленные достоинства перевешивают многочисленные недостатки. Но и это не совсем так. Вполне возможно, что вскоре их ожидает неожиданный ренессанс.
Многие слышали о проблеме дальнейшего масштабирования технологии полупроводников, а также связанной с этим сложностью повышения производительности процессора без увеличения тактовой частоты. Исследователи из Калифорнийского технологического института считают, что ключом к повышению производительности, могут стать электронные лампы. Речь идет о так называемых «нанолампах» – они имеют вполне «транзисторный» размер, около 6-8 нм, и при этом выделяют энергии меньше, чем их кремниевый аналог, что позволит решить проблему перегрева и туннельного эффекта. Эти исследования финансирует Boeing из-за их потенциального применения в космической и авиационной технике.
Радиолампы нового поколения разрабатывает американское оборонное агентство DARPA – речь идет о программе Innovative Vacuum Electronic Science and Technology (INVEST) по разработке более эффективной и высокоточной технологии электронных ламп. Эти электронные лампы будут работать на более высоких частотах (более 75 ГГц) и с волнами меньшей длины. Это сделает их более точными и универсальными.
В НАСА исследуют возможности так называемых «вакуум-канальных транзисторов», которые также являются версией «наноламп». Они настолько малы, что вакуум внутри не нужно создавать специально – расстояние между катодом и анодом меньше длины свободного пробега электрона при атмосферном давлении. Считается, что вакуумные приборы наноразмеров будет легче заставить работать в терагерцовом диапазоне, чем традиционные полупроводники.
В общем, это далеко не первый случай, когда технологии, сделав круг, возвращаются на новом уровне. Так что радиолампы еще себя покажут!
Сигнал из космоса Как работает спутниковый интернет
Всемирная сеть не такая уж и всемирная. Даже в Подмосковье немало мест, где связь полностью отсутствует, не говоря уже о более далеких и малонаселенных регионах. Но спутникам все равно, где вы находитесь. Новые проекты «низкоорбитального интернета» обещают устойчивый доступ в Сеть из любой точки планеты