Семейства радиоламп, наиболее популярных у ценителей лампового звука. Часть I.

Немножко истории

Появление в середине XX века транзисторов казалось приведет к полному вытеснению из радиотехники господствующих тогда электронных ламп.

Одним из основных недостатков радиоламп считалась их низкая экономичность. Нагреваемый катод потреблял значительную энергию и имел малый срок службы. В упрек электронной лампе ставилась трудоемкость ее изготовления, необходимо было выдерживать высокоточную геометрию большого числа электродов в вакуумном баллоне лампы.

Производство радиоэлектронной аппаратуры на лампах постепенно сворачивалось. В нашей стране количество выпускаемой аппаратура на радиолампах хотя и постепенно снижалось, но заводы по производству ламп продолжали работать. Как ни странно, это принесло отечественной промышленности в начале 90-х годов определенную выгоду.

В этом основную роль сыграли меломаны. В конце концов оказалось, что усилители звуковой частоты на электронных лампах передают звукозапись лучше, более естественно, чем на полупроводниковых триодах.

В настоящее время рынок Hi-Fi аппаратуры заполнен звуковоспроизводящей аппаратурой на электронных лампах, в основном, российского производства.

Из всего этого можно сделать вывод, что конструирование радиоаппаратуры на электронных лампах на пороге начала XXI века не несет регресс в радиоэлектронику, а наоборот, позволяет по-новому, более разумно взглянуть на область применения электронных ламп.

Принцип работы радиоэлектронной лампы основан на явлении термоэлектронной эмиссии. Процесс вылета электронов с поверхности твердых или жидких тел называют электронной эмиссией.

Применение

В 50-х годах пальчиковые лампы широко использовались в батарейных приемниках, в частности в сельской местности. В дальнейшем пальчиковых радиолампы стали применяться в черно-белых телевизорах и прочих устройствах в быту и промышленности.

Что такое электровакуумные приборы?

Радиолампы являются вакуумные электронные приборы, которые работают по принципу разгона/замедления в вакуумном пространстве электронов, т.е. в безвоздушном пространстве или где наличествует инертный газ.

Еще в начале двадцатого века такие радиолампы применялись практически везде. Прибор имеет различную оболочку, она может быть стеклянной или серебряной. Лампы содержат некоторое количество драгоценного металла, который используется в сетке лампы, для накала, на анодах и катодах прибора. В состав может входить золото, палладий, платина.

Почему данный электровакуумный прибор называют лампой? Да просто он реально немного напоминает всем знакомую лампочку накаливания. Каждая такая лампа имеет особое собственное назначение и функциональность. На сегодняшний день существует мало приборов, в которых используются такие лампы, ведь сейчас применяются транзисторы, диоды и прочее. Хотя, их все еще можно встретить в микроволновках для излучения высокой частоты, также такие лампы находятся в ламповых усилителях. Электровакуумные приборы применяются для превращения величины электричества при создании и управлении электронами.

Классификация по назначению:

• Генераторная лампа.
• Усилительная лампа.
• Превращательная.
• Индикаторная.
• Выпрямляющая.
• Измерительная.
• Модуляторная.

Устройство радиолампы

Устройство радиолампы до гениальности простое. В стеклянном баллоне находятся расположенные определенным образом металлические электроды, один из которых нагревается электрическим током.

Этот электрод называется катодом. Катод и предназначен для создания термоэлектронной эмиссии. В баллоне лампы под действием электрического поля электроны летят к другому электроду — аноду.

Электронный поток управляется с помощью других электродов, находящихся в лампе, называемых сетками.

Вакуумные приборы

Вакуум – это отсутствие материи. Точнее, практически полное ее отсутствие. В физике разделяют высокий, средний и низкий вакуум. Понятно, что электрического тока в вакууме быть не может, так как ток – это направленное движение (частиц) носителей заряда, которым в вакууме взяться неоткуда.

Но так уж и неоткуда? Металлы при нагревании испускают электроны. Это так называемая термоэлектронная эмиссия. На ней и основана работа электронных вакуумных приборов.

Термоэлектронную эмиссию открыл Томас Эдисон. Точнее ученый выяснил, что при нагреве нити и наличия в вакуумной колбе второго электрода вакуум проводит ток. Тогда Эдисон не в полной мере оценил значение своего открытия, но на всякий случай запатентовал его. Вывод: в любой непонятной ситуации патентуйте!

Вакуумные приборы – герметично запаянные баллоны с электродами внутри. Баллоны делают из стекла, металла или керамики, предварительно откачав из них воздух.

Помимо электронных ламп есть следующие вакуумные приборы:

• приборы СВЧ, магнетроны, клистроны;
• кинескопы, электронно-лучевые трубки;
• рентгеновские трубки.

Условное графическое изображение радиоламп

Простейшей усилительной лампой является триод. Его условное графическое изображение на радиоэлектронных схемах представляется в виде окружности. Внутри окружности, в верхней ее части, нарисована вертикальная прямая с перпендикулярным отрезком на конце, что символизирует анод, по диаметру окружности в виде штрихов обозначается сетка, а в нижней части, дугой с отводами на концах — нить накала.

Дужкой над нитью накала обозначают подогреватёль катода. Лампы с прямым накалом нити в своем условном графическом изображении не имеют такой дужки, например, батарейного типа 2К2П, а также некоторые другие типы ламп. В одном баллоне лампы может находиться триод в комбинации с другим типом ламп.

Это так называемые комбинированные лампы. На схемах рядом с изображением лампы ставится ее буквенное обозначение (две латинские буквы V и L) с порядковым номером по схеме (например, VL1) и возле них тип используемой лампы в конструкции (например, VL1 6Н1П). Условное графическое изображение электронных ламп различных типов с буквенным обозначением приведено на рис. 1.

На рисунке буквами с цифрами обозначены: а — анод, С1 — управляющая сетка, к — катод и н — нить накала. Для генерации, усиления и преобразования сигналов в настоящее время в конструкциях радиолюбителей используются, в основном, электронные лампы с октальным цоколем, пальчиковой серии и миниатюрной серии с гибкими выводами.

Последние два типа ламп не имеют цоколя, выводы в них вплавлены прямо в стеклянный баллон. Баллоны перечисленных серий ламп, в основном, изготовлены из стекла, но встречаются и из металла (рис. 2).

Рис. 1. Условное графическое изображение и буквенное обозначение электронных ламп различного типа на радиоэлектронных схемах: а — триод; б, в — двойной триод; г — лучевой тетрод; д — индикатор настройки; е — пентод; ж — гептод; з — двойной диод-триод; и — триод-пентод; к — триод-гептод; л — кенотрон; м — двойной диод с раздельными катодами косвенного накала.

Рис. 2. Варианты конструктивного изготовления электронных ламп: а — стеклянный баллон, октальный цоколь; б — металлический баллон, октальный цоколь; в — стеклянный баллон с жесткими выводами (пальчиковая серия); г — стеклянный баллон с гибкими выводами (безцокольная серия).

Внешний вид и панелька ламп

Пальчиковые лампы имеют стеклянный баллон без цоколя со штырьками, впаянными в утолщенное дно корпуса лампы. Штырьки для присоединения к приборам изготовлены из заостренных никелевых проволочек. В зависимости от модели пальчиковой лампы штырьков на днище может быть либо 7, либо 9, располагаются они на одинаковом расстоянии друг от друга и только у одной пары расстояние вдвое больше. Такое расположение штырьков призвано предотвратить неправильное расположение пальчиковой лампы в гнезде. Для выбора пальчиковой лампы и определения соответствия при замене неисправной лампы на новую и на панельку и на саму лампу смотрят снизу, там, где штырьки расположены.

Электрические параметры ламп

В современных высококачественных усилителях звуковой частоты, в основном, отдается предпочтение трехэлектродным лампам, называемых триодами. Общими основными электрическими параметрами приемо-усилительных ламп, которые обычно приводятся в справочниках, являются следующие: коэффициент усиления ц, крутизна характеристики S и внутреннее сопротивление Rj.

Важное значение имеют так называемые статические характеристики лампы: анодно-сеточная и анодная характеристики, которые представляются в виде графика.

Имея эти две характеристики, можно графически определить три приведенных выше основных параметра ламп. Для ламп различного назначения к перечисленным характеристикам добавляются специальные, характерные для них параметры.

Лампы, используемые в усилителях звуковой частоты, характеризуются еще такими параметрами, которые зависят от того или иного режима работы выходной лампы, в частности, выходной мощностью и коэффициентом нелинейных искажений.

У высокочастотных ламп характерными параметрами являются:

• входная емкость,
• выходная емкость,
• проходная емкость,
• коэффициент широкополосности
• эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов.

При этом чем меньше суммарное значение входной и выходной междуэлектродных емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики, тем больше усиление она дает на высших частотах.

Отношение крутизны характеристики лампы к ее проходной емкости служит показателем устойчивости усиления. Большее усиление от высокочастотной лампы можно получить на высоких частотах, в случае когда меньше суммарное значение входной и выходной емкостей лампы и больше крутизна ее характеристики.

При выборе лампы для первых каскадов усиления, особо следует обращать внимание на ее эквивалентное сопротивление внутриламповых шумов.

Эффективность работы частотопреобразовательных ламп оценивается крутизной преобразования. Крутизна преобразования, как правило, в 3…4 раза меньше крутизны характеристики лампы. Ее значение возрастает при увеличении напряжения гетеродина.

Для кенотронов основным параметром является амплитуда обратного напряжения. Наибольшие значения амплитуды обратного напряжения характерны для высоковольтных кенотронов.

Ламповый звук: правда или вымысел?

Усилители низкой частоты или просто усилители звука – самое известное современное применение радиоламп, которое к тому же вызывает много споров.

Доходит вплоть до «холиваров» между адептами лампового и транзисторного звука. Ламповый звук, как говорят, более «душевный» и «мягкий», его приятно слушать. В то время как транзисторный звук – «бездушный» и «холодный».

Чтобы дальше лучше понимать то, о чем тут написано, мы рекомендуем прочесть тематическую статью про звуки и их влияние на наши мозги.

Разогретые лампы УНЧ

Ничего не бывает просто так, и вряд ли такие споры и мнения возникали на пустом месте. В свое время вопросом, действительно ли ламповый звук приятнее для слуха, заинтересовались ученые. Было проведено довольно много исследований на тему отличий лампы от транзистора.

По данным одного из них, ламповые усилители добавляют в сигнал четные гармоники, которые субъективно воспринимаются людьми как «теплые», «приятные» и «уютные». Правда, сколько людей, столько и мнений, поэтому споры до сих пор ведутся.

Часто спор – пустая трата времени. А вот студенческий сервис, наоборот, поможет сохранить ценные человеко-часы. Обращайтесь к нашим специалистам за качественной помощью в любой области знаний.

Кенотроны и диоды

На рис. 3 приведейы основные параметры, типовой режим и цоколевка некоторых типов электронных ламп, широко используйщихся в радиоэлектронных конструкциях в настоящее время и использовавшихся в прошлом.

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения.

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).

Кенотроны и диоды

Преобразовательные лампы и электронно-лучевые индикаторы настройки

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение)

Триоды

• S — крутизна анодно-сеточной характеристики;
• m — коэффициент усиления;
• Rс — наибольшее сопротивление в цепи сетки;
• Свх — входная емкость лампы (сетка катод),
• Свых — выходная емкость лампы (катод-анод),
• Спр — проходная емкость лампы (сетка-анод);
• Ра — наибольшая мощность, рассеиваемая анодом лампы.

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).

Двойные триоды

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).

Выходные пентоды

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (продолжение).

Рис. 3. Основные параметры, типовой режим и цоколевки некоторых типов электронных ламп широкого применения (окончание).

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

Содержание

• 1 Принцип действия 1.1 Вакуумные электронные лампы с подогреваемым катодом
• 1.2 Газоразрядные электронные лампы 1.2.1 Неоновая лампа 1.2.1.1 Стабилитрон
• 1.2.1.2 Стабилитрон с коронным разрядом