2. Основы ламповой электроники.

2.1. Области применения.

Изобретение радиоламп в конце 19 – начале 20 века открыло новую эпоху в электронике, дало толчок в развитии науки в целом. Первые образцы электровакуумных диодов использовались в детекторах радиоприёмников, но вскоре начали появляться всё новые и новые типы радиоламп, что привело к стремительному и бурному развитию радиотехники. За последние сто лет в разных странах было разработано огромное количество конструкций радиоламп. Так какие же из этих конструкций используются сегодня? Какие виды ламп исчезли, уйдя в прошлое вместе с ламповой эпохой?

В наше время сложно представить себе ламповые приборы повседневного пользования, но в индустрии звукозаписи до сих пор используются высококачественные и современные электронные устройства, содержащие в себе электровакуумные элементы. Такие устройства проектируются с учётом эстетики современного восприятия звука, а так же с использованием последних технологических достижений. Кроме того, некоторые решения на базе радиоламп не имеют аналогов в полупроводниковой и интегральной технике.

Существует ещё одна современная область применения электронных ламп – так называемый «ламповый Hi-End». Это устройства, предназначенные для домашнего прослушивания музыки. В большинстве своём Hi-End усилители изготавливается в единичных экземплярах или мелкосерийно. Стоимость таких усилителей традиционно высока. Требования, предъявляемые к качеству всех узлов и элементов, самые жёсткие, очень часто даже излишне жёсткие. Это позволяет создавать весьма качественные устройства.

Из-за высокой стоимости Hi-End устройства не являются массовыми, пользуются ими в основном люди с особыми требованиями к звучанию аудиосистем. Вокруг мира Hi-End витает множество мифов и поверий, порождённое незнанием электроники и, в общем, элитарным характером мира Hi-End аппаратуры.

Практически все производящиеся сегодня радиолампы предназначены для удовлетворения нужд музыкальной индустрии и Hi-End систем. Возвращаясь к старому вопросу: Так какие же лампы используются сегодня? Об этом далее.

2.2. Устройство и функции электронных ламп.

2.2.1. Основные элементы конструкции радиоламп. Диод.

Электронные лампа (радиолампа) - электровакуумный прибор, который представляет собой металлический, стеклянный или керамический баллон, внутри которого укреплены электроды. В баллоне создается сильное разрежение воздуха (вакуум), которое необходимо для того, чтобы минимизировать влияние газов на электрические процессы внутри баллона, а так же уменьшить износ электродов.

В основе работы электронных ламп лежит явление термоэлектронной эмиссии. Этот процесс возникает, когда под влиянием нагревания некоторые электроны приобретают энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера на границе тела. В результате нагретое тело испускает поток электронов. С увеличением температуры их число растёт и термоэлектронная эмиссия возрастает.

В конструкции радиоламп роль источника электронной эмиссии выполняет один из электродов - катод. Для того чтобы «запустить» электронную эмиссию необходимо нагреть этот электрод. Катод обычно нагревают электрическим током с помощью нагревательной нити, которую называют нитью накала. Такая конструкция катода получила название «катод косвенного накала» (Рис.1)¹.

Однако существуют так же «катоды прямого накала», которые совмещают в одном элементе эмитирующие и нагревательные функции. В данном случае нить накала не используется, а катод нагревается проходящим через него током. Нагрев катодов происходит до температуры от 1300˚ (красное свечение) до, примерно, 2900˚ (желтовато-белое свечение). ²

Но куда должны идти электроны, испускаемые катодом? Для того чтобы «поймать» поток электронов, на некотором расстоянии вокруг катода располагают цилиндр, заряженный положительно относительно катода. Электроны, будучи отрицательными частицами электричества, притягиваются положительно заряженным цилиндром. В результате, внутри лампы возникает поток электронов, движущихся в одном направлении – от катода к цилиндру. Цилиндр, о котором идёт речь, называется «анодом», а поток электронов от катода к аноду – «анодным током».

П ростейшей радиолампой является электровакуумный диод, который содержит элементы, рассмотренные выше – катод, нагреватель, анод (Рис.2)³. Так как электрический ток способен проходить только от катода к аноду, а не в обратном направлении (холодный анод не способен испускать электроны, если будет заряжен отрицательно относительно катода), то получается, что диод способен пропускать ток только в одном направлении. Благодаря этому свойству диод может использоваться в качестве основного элемента преобразователя переменного тока в постоянный.

Но данный тип ламп находит мало применений в современной звуковой технике.