Принцип работы лампы триода

Электронная (или радиолампа) работает за счет управления электронами, помещенными между электродами (электропроводниками, контактирующими с некоторыми видами ионных проводников). Лампа триод, как можно догадаться по названию, оснащена тремя электродами. Она изобретена в начале прошлого века Л. де Форестом, в настоящее время используется для трансформации электросигналов – повышения их интенсивности, образования и преобразования.

Лампа триод: что это такое

Термин триод применяют и для обозначения некоторых других устройств – транзисторов, приспособлений, изготовленных из германия или кремния. Самое расхожее значение – указание на принадлежность электронно-управляемой лампы к определенному виду. Этот принцип генерации терминов удобен и информативен: даже не специалист может понять, что в диоде – два, а в пентоде – целых пять электродов.

Лампа триод имеет в составе три электрода. Кроме традиционных катода и анода она содержит еще управляющую сетку, традиционно имеющую вид спирали, обернутой вокруг катода и максимально к нему приближенной.

История появления

Начинается с открытия прогрессивного механизма Т. Эдисоном, в последней четверти XIX столетия:

1. Работая над изобретенной им же лампой накаливания, с целью дальнейшего усовершенствования, он обнаружил явление, получившее название термоэлектронная эмиссия (далее ТЭ), впоследствии названное теоретиками на Западе эффект Эдисона или Ричардсона.
2. Отечественные ученые, склонные в названии упоминать не фамилию открывателя (эпоним, малоинформативен), применяют название, отражающее суть явления – испускание металлами электронов под воздействием определенной температуры.
3. Если начинать с истории ТЭ, то впервые ее обнаружил Э. Беккерель, затем переоткрыл Ф. Гатри, но начало практическому применению было положено экспериментами Т. Эдисона. Ричардсон вывел формулу, впоследствии уточненную Дэшманом на основании квантовой теории, определяющую плотность тока насыщения.

Комментарий эксперта! Б. Лифшиц, к. ф. н.: «Термоэлектронная эмиссия – это явление, на котором основана работа многочисленных приборов современности, в том числе, и вакуумно-электронныхЭмиссия обусловлена физическими законами. Интересно, кто же изобрел ТЭ. Патент на прибор, преобразователь переменного тока в постоянный, запатентовал Д. Флеминг в начале ХХ столетия, но он основан на открытиях и опытах сделанных его предшественниками. Далее наступила эра новых экспериментов – использования разного типа катодов. Трехэлектродными лампами, уже через год после двухэлектродных, человечество обязано Л. де Форесту».

Как работает устройство

Лампа триод появилась уже спустя год после того, как диоды были доведены исследователями-разработчиками до состояния технической пригодности к практическому применению. Это – конструкция, которая состоит из нескольких элементов, помещенных в герметически запаянную стеклянную емкость. В составе – катод, анод и управляющая сетка, размещенная между ними, но ближе к катоду.

Принцип работы сейчас кажется несложным, но для своего времени был революционным открытием:

• сетка создает поле, влияющее на ток анода;
• катод генерирует пространственный заряд, (электроны, подпадающие под действие сетки (управление, отсюда и название управляющая);
• она расположена ближе к катоду, поэтому его заряд выше анодного;
• действие силовых линий анодного поля частично замыкается на сетке, не все они достигают катода;
• управляющая сетка – это экран между ними, уменьшающий уровень влияния.

Регулировка происходит благодаря наличию в ней отверстий для прохождения сгенерированных электронов: часть из них все же направляется к аноду, а некоторое количество отталкивается под влиянием потенциала со знаком минус. Он подается через ножку лампы, сконструированную специально для подачи отрицательного заряда.

Особенности конструкции

Применение прибора осуществляется не только на низких и высоких частотах, но и на сверхвысоких, подаваемых на специальные схемы (в ограниченном масштабе, из-за присущей им емкости). Второе различие – использование для усиления напряжения или повышения мощности. Для последней цели выпускаются специальные устройства, у которых высокий коэффициент усиления. Он может колебаться в развале от 30 до 100 единиц.

Разграничение типов электронных ламп происходит по нескольким критериям:

• сетка может быть густой, выполняться в виде спирали, располагаться по-разному, например, в форме диска у основания цилиндра;
• размеры – различные от стандартного до нескольких типов миниатюрных (пальчикового, желудя и мини);
• подводка электродов, выведенных к цоколю лампы, происходит к вариабельному количеству расположенных в нем штырьков;
• в очень мощных лампах предусматривалось два типа охлаждения (воздушное или водное);
• баллоны – стеклянные, металлические или металлокерамические.

Чтобы потребитель промышленной продукции мог ориентироваться в этом море предложений, необходимо было вводить специальную маркировку, в которой каждое обозначение несет информационную нагрузку, позволяет определить сферу применения, количественные и качественные характеристики.

Маркировка

 

Россия, как правопреемник СССР, может остановиться на принятой в этой великой стране системе из 4-х элементов. Международные наработки не очень устраивали потребителя, поэтому неоднократно менялись, и даже в настоящее время, когда электронные лампы используются в ограниченном масштабе, отличаются значительным разнообразием.

В Советском Союзе значение придавалось:

• округленному значению напряжения накала;
• буквенному обозначению типа (триод – С, двойные – Н);
• номеру разработки (следствие стандартизации);
• материалу корпуса (стеклянные – буква С, желуди – Ж, «пальчики» – П).

Несмотря на затруднения у авторов некоторых публикаций и рекомендации использовать литературу, изданную в середине прошлого столетия, ничего особенно сложного в расшифровке цифробуквенного обозначения нет: например, 6Н17Б – это двойной триод (6Н) небольшой мощности, к разновидностям относятся 6Н17Б с прибавлением букв В и ВР. Навести о нем справки можно и в более поздних изданиях, датированных 80-ми годами прошлого столетия.

Применение триода

Пессимистические утверждения о том, что электронные лампы практически утратили свое значение, поскольку вытеснены более актуальными транзисторами, тиристорами и прочими новомодными приспособлениями, не совсем соответствуют реальному положению дел. Например, они продолжают применяться в профессиональных аудио приложениях, и не только:

1. Есть High-End audio – аппаратура для ценителей естественного и теплого звука, которая стоит бешеных денег, дороже, чем самые современные системы для воспроизведения.
2. Некоторые эксперты скептически относятся к этой промышленной линейке и утверждают, что цена и особенности звучания – просто субъективные параметры, определяемые немногочисленной категорией пользователей.
3. Это – высококачественное аудио, термин введен в употребление Г. Пирсоном, основателем The Absolute Sound. В диапазоне выпуска такого оборудования есть бюджетные вариации и самые дорогие, высококлассные, если судить по ценовой категории.

Это – не единственная сфера применения «устаревших» вакуумных ламп. Их используют в генераторах и усилителях, правда, в основном, на низких и средних частотах, для аналогичных показателей мощности. Если говорить о больших триодах, в которых установлено жидкостное охлаждение, то они до сих пор работают, как конечные усилители в очень мощных радиопередатчиках, а маяковые – на мкв-частотах.

Дополнительные сферы

В производстве бытовой техники такие лампы давно заменены твердотельными устройствами, разработанными на основе транзисторов. Некоторые из них имеют сходные характеристики, специально приданные разработчиками. Но при этом надо помнить, что:

• мощные РФ-усилители и такие же передатчики все еще остаются сферой применения вакуумных ламп;
• магнетроны – составная часть конструкции современных микроволновок;
• кенотроны востребованы на электроподстанциях, где энергия транспортируется в виде постоянного тока, чтобы быстро передавать и выпрямлять большое напряжение;
• часто применяются в изготовлении высококачественных электроинструментов, усилителей для их полноценной и оригинальной работы.

Эксперты уверены, что утверждения о неминуемом исчезновении электронных ламп из сферы электроники сильно преувеличены. Еще в середине прошлого века было много разговоров, о том, что они утратили актуальность и скоро совсем исчезнут, но они занимают довольно большую нишу, хотя и узконаправленную, специфическую. Скептики будут поражены, когда узнают, какое количество их все еще производится, и востребовано у потребителей. Эти функциональные устройства оказались незаменимыми в ограниченных, но прибыльных сферах.

После многочисленных усовершенствований триоды не остановились в своем прогрессировании: появились модификации с косвенным накалом и подогревными катодами. Активированные катоды, с отделенными нитями подогрева можно питать и от переменного тока, до тех пор, пока не разрушается защитное покрытие. Однако вечных устройств не существует, все когда-нибудь выходит из строя.

Приборы, работающие, благодаря знаниям, полученным человечеством о природе явлений, подчиняющихся физическим законам, занимают огромное место в развитии цивилизации. Триоды уцелели в борьбе технологий, несмотря на некоторые присущие им недостатки – высокую проходную емкость, вызывающую усиление из-за появления паразитной связи. Причиной этого называют их многочисленные достоинства и внесенные в конструкцию усовершенствования.