Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Электрод, с которого все начинается, — катод поставляет свободные электроны для будущего электронного потока в баллоне. В некоторых лампах катод — это тонкая металлическая нить, которую нагревают, пропуская по ней ток (Р-89;1). Но чаще катод — это металлическая трубочка, внутрь которой опять-таки вставлена нить-подогреватель (Р-89;2). Подогреватель называют еще нитью накала.

Р-89

К этой миниатюрной электроплитке подводится небольшое напряжение; в самых распространенных типах ламп 6,3 В. Кстати, первая цифра в названии лампы примерно указывает необходимое ей напряжение накала.

Нить накала нагревает катод, и в нем, как во всяком нагретом металле, сильно активизируется хаотическое движение свободных электронов. Многие электроны до того разбегаются в металле, что по инерции выскакивают из катода, вылетают в свободное пространство. Это называется термоэлектронной эмиссией. Правда, далеко свободные электроны не улетают: у катода, который они покинули, появляется некоторый положительный заряд (суммарный заряд оставшихся в металле положительных ионов), и он не дает электронам далеко улететь, тянет их обратно к катоду. Поэтому вокруг раскаленного катода существует этакое облачко из электронов, уже вылетевших, но еще не успевших упасть обратно на катод. Всю эту картину можно сравнить с фонтаном в парке: выброшенная вверх струя воды довольно быстро падает под действием своей тяжести, но над фонтаном все время стоит столб воды, уже поднявшейся и еще не успевшей упасть.

Разогрев катода — вспомогательная операция, и конструкторы ламп всеми силами стараются уменьшить затраты энергии на нее. Для этого, например, активируют катод, покрывают его тончайшим, одноатомным слоем вещества, которое подтягивает электроны к поверхности, помогает им покинуть катод. Благодаря этому активированные катоды работают при температурах около 1000 °C вместо 2500 °C в чисто металлических катодах. Правда, активированный катод — сооружение довольно нежное, он, в частности, не терпит перегрева, не терпит превышений напряжения накала. Кроме того, со временем (для многих ламп через несколько тысяч часов непрерывной работы) активный слой перестает действовать, лампа, как принято говорить, теряет эмиссию. В принципе возможны разные повреждения лампы — перегорает нить накала, накоротко замыкаются электроды внутри баллона, отгорают их выводы. Но чаще всего лампа выходит из строя постепенно, из-за потери эмиссии.

Второй электрод лампы — анод. Это обычно цилиндр или короб, в центре которого проходит катод: на упрощенных рисунках анод часто изображают в виде нависшей над катодом пластинки (Р-89;3).

Давайте включим между катодом и анодом анодную батарею Б, источник постоянного анодного напряжения. Можно подать на анод постоянное напряжение не только от батареи, но и от любого другого генератора, но, рассказывая о работе лампы, будем для простоты считать, что все постоянные напряжения, в том числе и анодное, подводятся к ней от химических источников тока. Для начала включим батарею так, чтобы «плюс» анодного напряжения был подан на анод, а «минус» — на катод. В этом случае начнется движение электронов в вакууме, в баллоне лампы от катода к аноду и их возвращение на катод по внешней цепи, через батарею Б_а (Р-89;4,5).

Если увеличивать положительное напряжение на аноде, то растет и анодный ток, но, разумеется, до определенного предела. После того как полностью рассосется облачко вокруг катода и все вылетевшие из него электроны включатся в анодный ток, ток этот уже не сможет увеличиваться— наступит так называемое насыщение (Р-89;7).

Если повернуть батарею и подать на анод «минус», то никакого тока в лампе не будет (Р-89;6). Как видите, двухэлектродная лампа — электровакуумный диод — обладает односторонней проводимостью, как и полупроводниковый диод. Больше того, в вакуумном диоде нет собственных свободных носителей зарядов (Т-128, Т-129), и обратного тока в лампе нет вообще.

Следующий шаг — введем в лампу еще один, третий электрод, так называемую управляющую сетку, и поставим ее на пути анодного тока. Название «сетка» идет с далеких времен, когда сетка действительно была сеткой; в современных лампах это спираль, окружающая катод на небольшом расстоянии от него (Р-90;1). Управляющая сетка превращает диод в трехэлектродную усилительную лампу — триод. Кстати, транзистор часто называют полупроводниковым триодом, у него тоже три электрода, три рабочих зоны — эмиттер, база, коллектор.

Р-90