> Техника, страница 56 > Лампа электронная

Лампа электронная

Лампа электронная (иначе—катодная, термионная, также—трубка катодная, электронная или термоэлектронная; вентиль катодный, электронный или термоэлектронный, реле катодное, электронное или термоэлектронное)—содержащий весьма разреженный газ стеклянный (реже металлический, очень редко кварцевый) сосуд с двумя, тремя и более изолированными друг от друга электродами, из которых один катод, м-рый накаливается подводимой извне энергией до значительной t°. * Другими электродами являются: анод (сы. Анод электронной лампы) и сетка; их бывает от 1 до 3. По количеству электродов Л. э. разделяются на диоды (иначе—кенотроны, см.), или двухэлектродные Л. э., триод ы—трехэлектродные лампы—и многоэлектродные лампы (например пентоды (смотрите).

Общие сведения. Катод испускает под действием высокой 1° электроны, притягиваемые главным образом к аноду, к-рому сообщен положительный (относительно катода) потенциал V_a. Сетка (управляющий электрод)— решетчатый электрод, помещаемый на пути электронов и Задерживающий лишь малую часть их, получает потенциалы Vу того или иного знака (от принимаемых сигналов с антенны, с телефонной линии, из цепи анодного тока другой или той же самой Л. э.) и соответственно величине и знаку изменений ΔΚ„ вызывает изменения М_а текущего на анод тока 1_а. Так. обр. Л. э. получает возможность выполнять функции: 1)^усиления слабых электрич. импульсов, 2) выпрямления (детектирования) переменных токов и 3) генерирования переменных токов (электрич. колебаний) от весьма малых до весьма больших угловых частот со. Так как единственными движущимися частями в Л. э. являются электроны, то Л. э. выполняет указанные функции с несравненно большим совершенством (безинерционность до очень больших со), чем всякое иное реле, основанное на перемещениях молярных контактов. (реле электромагнитное, микрофонное, жид

* По радиотерминологии, принятой IX Всесоюз-ним электротехническим съездом. Л. э.—«устройство, состоящее из нескольких электродов, заключенных в -сосуд, в котором газ разрежен до малиго давления».

костное и т. д.). Эти свойства ныне сделали Л. э. совершенно необходимым прибором в радиотехнике (смотрите Беспроволочная связь) и весьма ценным в целом ряде других отраслей техники, а также в медицине.

Первый патент на Л. э. принадлежит Флемингу (1904 год),·—его двухэлектродная Л. э. со сравнительно большим содержанием газа (вентиль Флеминга) применялась как детектор. В 1905 г. Ли де-Форест ввел в Л. э. сетку. Неустойчивость работы первых Л. э. вследствие сравнительно малого разрежения газа (азота) препятствовала их проникновению в технику, хотя усилительное действие (Либен, 1913 г.) и обратная связь (Мейснер, 1912 г.) были получены впервые с такими газовыми лампами (Л. э. Либен-Рейс-са). Дальнейшее усовершенствование вакуум-техники (Геде, Лангмюр) привело около 1914 г.·,к современному типу пустотной Л. э., с того времени подвергавшейся лишь второстепенным усовершенствованиям.

Современные Л. э. разделяются на детекторно-усилительные, специальные детекторные, генераторные и кенотроны; или же на нормальные и Л. э. с пониженным потреблением мощности накала—т. н. темные испус-катели, или темные Л. э. («микро», Л. э. с оксидированными катодами, азидные и некоторые другие). Далее Л. э. усилительные бывают: одно-, двух- и трехсеточные; с непосредственным и с косвенным накалом («подогревом»); высоко- и низкочастотные; нормальные и громкоговорительные (мощные). Л. э. генераторные различаются по мощности, а в связи с этим по способу охлаждения анода (водой или без нее) и по длинам волн (длинноволновые и коротковолновые). Кроме того всякое выпускающее Л. э. предприятие придает своему фабрикату те или иные второстепенные особенности, например—в способе устройства подводов (системы цоколей у усилительных Л. э.), в расположении, креплении электродов, в способе откачки, в подборе параметров и т. д. Наконец существуют различные типы Л. э. (правда, не вошедшие в практику), имеющие принципиальное отличие от обычно употребляемых: динатроны, магнетроны, негатроны, плиодинатроны и др.

Кат од. Плотность тока испускания (эмиссии) 1 с накаленного катода дается ур-ием (Ричардсон, Шоттки, Дешмен) [’]:

ь_

1=А Т^к-е~т,

где зависимость от темп-ры Т задается экспо-ненциальйым множителем, тогда как изменение множителя Т^к, благодаря узкости доступного для исследования интервала Т°, влияет так мало, что согласие с опытом одинаково хорошо и при к=¹/₂ и при к=2 (значения к при различных теоретич. предпосылках) и даже.для /с=0 (чисто эмпирич. число). По Дешмен’у, fc=2 и Л=60,2 А/сл²— универсальная постоянная (равная —р—,

где т и е—масса и заряд электрона, κ и к— постоянные Больцмана и Планка), что однако верно кроме W и Мо лишь при определенных предположениях. Согласно новейшим теориям (новая квантовая и статистич. механика), А вдвое больше. Для оксидирован-

ных катодов (смотрите Катод электронной лампы) А=1,07 10^_3 А/сж² (Коллер) [²], для ториро-

ванных А=^7⁹ + 60,2^1-0 - l) А/сж²,‘где Θ— часть поверхности катода,покрытая ТЦКинг-дон) [*]. Работа вылета электрона пропорциональна величине Ь,к-рая характеризует вещество катода (выгодно малое значение b) и определяется (правда, при принятии определенного к) из опыта; в пределах точности опыта Ь не зависит от Т°, но зависит от напряженности поля у поверхности катода. Для цилиндрическ. устройства Л. э. Ь= Ь₀ — a Vv (где V—разность потенциалов анод—нить), причем через радиусы анода R и нити г а выражается так:

2.8

V:

»··1η — г при V=100 вольт поправка эта порядка 1 %, но при больших V благодаря сильной зависимости I от Ь она становится существенной, доходя до десятков и даже сотен % I. Величина Ь связана с потенциалом вылета у (вольт) соотношением: φ=8,62· 10^-56. Величины 6 и φ для различных материалов таковы (Ь в град. G, φ—в вольтах) [⁴]:

Материал	5-10-3	<P	Материал	5-10-3	φ
Pt.	62,7	5,40	Th.	34,1	2,94
W.	52,6	4,53	Ca.	26,0	2,24
Mo.	50,0	4,31	Cs.	16,0	1,38
Та.	47,8	4,12	ТИ-катод^	52,6-	4,53-
U. Zr.	38.0 38.0	3.28 3.28		-18,50	-1,590

и для одного случая оксидированного катода (BaO, SrO) 6= 12100°. Фигура 1 изображает в координатах (Т° и lg I) испускание с W-и Th-W-, а также Мо- и Та-катодов в зависимости от Т°; при этом для Th-катода при-

ведены+цве кривых: но ч Дешмена и Эвальда [⁴] для Θ=1 и по ч Лангмюра для действительного Θ при данной температуре Т°. Испускание при условии достаточно большого анодного напряжения резко повышается при увеличении Т° вплоть до разрушения («перегорания») нити. Определение Т° нити представляет значительные тру дности и недоступно при практической работе с Л. э.; поэтому о Т° судят по напряжению V или току г накала, пользуясь тем, что обе эти величины приблизительно пропорциональны Т°. Так, из диаграмм Стида [⁵] для «единичного цилиндра» (длина I=1 сантиметров и диаметр d= 1 см) можно определить в интервале от 2 000 до 2 700° для W приблизительно, что «^=0,087+0,000186 (Т-2 000) V и г_х—1 130 + 1,12 (Т-2 000) А, где индекс «1» означает единичный цилиндр. Для любого цилиндрического катода: г=г_х · <fl* и v =

тод. Т. к. v растет с Т° примерно вдвое быстрее, чем г, то следить за накалом рациональнее по вольтметру, чем по амперметру. Изменение, v на 1% изменяет I примерно на 6%, такое же изменение г—на 12% и 1%-ное изменение vi—на 4 %. Обычно характеризуют накал катодат. н.мерой накала, или удельным испусканием, Н, равным отношению общего тока испускания (в тА) к потребляемой мощности накала в ваттах; Н не зависит от толщины нити. Для чистого W зависимость Н от Т° такова [⁴]:

2 400°

1,82

T =	-2 000°	2 100°	2 200°	2 300°
H =	=0,038	0,115	0,309	0,794
Т =	=2 500°	2 600°	2 700°	2 800°
Н =	= 3,89	7,94	15,1	28,2

Рабочие значения Н у W-катодов—от 1 до 3 для усилительных Л. э. и до 6—7 для генераторных; значения Ξ значительно больше для Th- (30—60) и оксидированных катодов (до 80—100).

Вопрос о Т° сильно осложняется неравномерностью Т° вдоль нити; эта неравномерность происходит от: 1) охлаждающего действия подводов, 2) от нагревающего действия тока испускания, неодинакового по длине нити, и 3) от действия анода, отражающего или самостоятельно излучающего теплоту. При действии одной лишь первой причины, для точки на расстоянии х от конца имеем (по Уорсзингу) с хорошим приближением:

Т_х=Т_т( 1-е-^и(зс-^Ио))“, где μ и п—константы, а 1₀=0,25 сантиметров для тонких и 0,20 сантиметров для более толстых подводов. При этом Т_т относится к точке, настолько удаленной от концов, что влияние последних не заметно. Т. о. при расчетах фактическую длину I следует заменять некоторой эффективной длиной L (с Т=Т_т), причем L=l — -™·, где Р берется из след, таблицы:

Значения Р по Уорсзингу [«].

	Толщина нити в миллиметров
Т°	0,01	0,02	0,05	0,10	0,15	0,20	0,30
1 000	2,50	1,76	1,12	0,790	0,645 0,945	0,560	0,460 0,670
1 200	3,65	2,60	1,64	1,160		0,820
1 400	4,95	3,50	2,21	1,560	4,275	1,105	0,500
1 600	6,20	4,38	2,77	1,865	1,605	1,309	1,135
1 800	7,55	5,32	3,36	2,380	1.940	1,680	1,375
2 000	9,00	6,35	4,02	2.840	2,320	2,010	1,640
2 200	11,35	7,35	4,64 5,30	8,280	2.680	2,320	1,895
2 400	11,85	8,40		3,750	3,060	2,650	2,160
2 600	13,35	9,45	5,96	4,220	3,450	2,980	2,440

Разность I — L довольно быстро убывает

-ίτπΛττττττβτΤΤΤΟΤυΤ Ί¹⁰ IT VMPTTTkTTTPTTITPM d

T. э. m. XI.

25

Неравномерность Ϊ⁷⁰ вдоль нити вследствие нагревания током испускания, идущим на некотором расстоянии вдоль нити, прежде чем выйти в пустоту, отличается отсутствием симметрии относительно середины нити: она тем больше, чем сильнее ток испускания I по сравнению с током накала г (то есть сравнительно значительна у темных испу-скателей); очевидно, что распределение Т° должно изменяться при изменении I.

Экономически чрезвычайно важен вопрос о продолжительности жизни (п. ж.), то есть сроке службы Л. э. За редкими исключениями (небрежность обращения или сборки)

и. ж. лампы определяется п. ж. катода. У W-катодов п. ж. определяется постепенной возгонкой· материала катода (осаждающегося затем на стенки), а также «раскристалли-зацией» его, пока натягивающая нить пружина не разорвет нить (при однородной нити—посредине, где Т° наибольшая). Таким обр. п. ж. очевидно должна сильно зависеть от структуры нити (чистота материала, способ изготовления, обработка), от силы натягивающих пружин, от способа изготовления самой Л. э. и наконец от ее обслуживания (наличие тряски и прочие).

Влияние возгонки W подсчитывается так: пусть М есть масса W, возгоняющаяся в 1 ск. с 1 см², причем

М=1()1М02-47 440/Т. _у-М _3/СЖ2 _ск.

Тогдап. ж. т в часах, принимая,что уменьшение диаметд>а нити d до 0,9d выводит электронную лампу из работы, будет равно

2,64 · 10~⁴ · ^, т.е. убывает вместе с d и (очень быстро) с Т°. Для ламп Телефункен lgrHlgli связаны линейной зависимостью (фигура 2). По Рукопу, п. ж. примерно обратно пропорциональна Ц. По Баркгаузену, наиболее экономичен такой накал, при к-ром полная стоимость тока накала в течение всего времени горения равняется стоимости замены лампы.Подобные соображения приводят для усилительных Л. э. к экономии, норме п. ж. в 500—1 000 часов, что соответствует Т° от 2 300 до 2 400°; Я=1—2 mA/W и I=40-У 100 тА/см². Параметры накала для усилительных W электронных ламп составляют: для г=0,5-Р0,6 А, для v =3,8-f4 V; у Л. э. генераторных г достигает 50 A, a v—обычно порядка 15—35 У. П. ж. торированных Л. э. с точки зрения «перегорания» определяется теми же соображениями, что и для W Л. э.; однако действие торированных Л. э. ограничивается временем существования Тй-слоя. При п. ж. в 500—1 000 часов Th Л. э. допускают эмиссию раза в Н/₂ большую, чем W Л. э. при той же и. ж. Прибавка к материалу нити углерода (карбюрирование) значительно повышает устойчивость работы.

Анод. Ток анода 1_а (в отсутствии сетки) определяется формулой Чайльда-Лангмюра-Шоттки:

где V_a—анодное напряжение, величина а:

1) для плоских анода и катода с взаимным расстоянием [⁷] х и поверхностью S: ^ ~;

2) для цилиндрических электродов длины I и

21

радиуса анода [⁸] г : ; 3) для коаксиаль ных сферических электродов [⁹] радиусов г— анод и гу—катод: ~, причем для важнейшего·

случая (2-го) при — > 10 (практически всегда кроме Л. э. с петлеобразными нитями и с посторонним накалом) β² отличается от 1 не более 7%; при — < 10 величина β² падает:

к.1 β2.	9 0,955	8 0,925	7 0,887	6 0,836	5 0,767
г	4	3	2	1,5	1
То
β2.	0,667	0,517	0,279	0,119	0,000

вообще же β дается разложением:

Р-^1п г„-2 (^1п к)^Ш+ йН^1п Й" Шо(^1п Й + -

Практически для цилиндрическ. электродов 1_а=1,468 · 10“^{s Ι}γ V^ А. Совершаемая при этом ошибка (β²=1)—того же порядка (но· обратного знака), как и ошибка вследствие непринятия во внимание начальной скорости вылета (~0,2 V). Если учесть эту ско-

где V_m—минимальный потенциал между катодом и анодом, а 1 < λ < 2. Если — < 1 (не встречается на практике), то приложима приведенная выше формула (без учета скорости вылета), но значения для β² будут:

Го	500	400	300	200	100	50	30	10
β2.	9 502	7 272	4 973	2 946	1175	450	214	37,0
Го	7,5	S	2,5	2,0	1,8	1,5	1,2	1,0
/>2.	22,0	9,89	1,78	0,85	0,558	0,229	0,038	0,000

В практически неважном случае (3-м) а^а

дается выражениями: для — > 6,4

Го и для — < --

0,224 In (in + * In

Го

0,152

I».

г

1,64.

Наконец в случае 1-м точное вычисление очень сложно [⁸] (смотрите Объемный заряд).

Все указанные зависимости от V_a объясняются" существованием в пространстве между анодом и катодом объёмного заряда с плотностью ρ и получаются в результате интеграции уравнения Пуассона Δ V=— 4πρ при соответствующих пограничных условиях. Для цилиндрического расположения это ур-ие принимает вид:

dW(r) 1 dV(r) ₌ __{4 dr}2 Л- г dr

что в соединении с соотношениями для тока испускания на единицу длины J== — 2πτρν и для скорости V электрона на расстоянии г от нити V(r)-e=* mv² и дает приведенную выше формулу. Для плоских электродов соответственно имеем:

dW(.x), j

-*ϋ-=^{и J}=-

где J—плотность тока в А на см². В приведенных формулах не учтена скорость вылета электронов, вылетающих из накаленного катода перпендикулярно его поверхности со средней кинетической энергией кТ, откуда перпендикулярная к поверхности катода средняя квадратичная скорость выле-

1 /~2kT

та v„=у —, причем распределение скоростей подчиняется закону Максвелла (смотрите Кинетическая теория газов). Благодаря существованию скорости вылета ток на анод идет и при V_a=0 и даже при V_a < 0 (свободная эмиссия), подчиняясь соотно-_v V»

шению I=1₀

где V₀—потенциал вылета, получаемый из уравнения: eV₀==mv% =кТ(е и m—заряд и масса электрона). При нормальной Т° накала (около 2 300°) V₀=0,2 вольт и I=1₀- e~^5V. Благодаря малости Fo с влиянием начальной скорости электронов приходится считаться только при очень малых V, в частности при подсчете тока на сетку в усилительн. устройствах. Д ей ствит. характеристики (7_аи V_a) диодов (фигура 3) отличаются прежде всего наличием горизонтальной части, соответствующей току насыщения при данной Т° катода. Далее «закон F³^²» обычно не вполне оправдывается и в восходящей части характеристики,вследствие чего некоторые авторы предпочитают заменять его «законом V^v», где р при возрастании F меняется в пределах от ~2 до 0

в горизонтальной части. Таким образом имеется б. или м. значительный интервал F _г - F₂, в котором характеристика п р я-м а (р=1), что и объясняется неодинаковостью Т° по длине нити, падением напряжения вдоль нити и отчасти ионизацией (в «мягкой» Л. э.). Ионизация неудаленного газа, уменьшая действие объёмного заряда, способна коренным образом изменить характеристику, причем характер и значительность этих

изменений зависят как от числа газовых молекул, так равно и от числа свободных электронов (то есть Т° катода).

Сетка. Присутствие заряженного до V_qуправляющего электрода (сетки) меняет напряженность поля Е у катода (то есть в месте преимущественного нахождения объёмного заряда) и тем самым изменяет 1_а; кроме того часть тока испускания 1 идет на сетку Л. э., создавая тем самым ток сетки 1_д, так что 1_а + 1_д= I. Первое явление может быть учтено на основании рассмотрения емкостей анод-катод—С_ак, анод-сетка—С_ад и сетка-катод—С_дк следующим образом:

где заряд катода q=С„_к V_a п р и отсутствии сетки и q=С_ак V_a + С_дк V_д== C_al[v_a+°_c^s*-V^ в ее присутствии.

В обоих случаях мы будем иметь одинаковый I при одинаковом Е, т. e. q. Так как

Сак=С_ак + С_дк, то, полагая §f^=l^Jo (к о э-фициент усиления лампы), имеем: V_a=^^-(Va+pVg). Немецк. авторы (по Барк-гаузену и Щоттки) вводят вместо μ_α проницаемость (Durchgriff) D=~=-¹,

^дк Мо так что Va=(DV_a + V_A). T. о. для три ода мы можем определить I=1_а + 1_д по формулам закона ³/₂, заменив только V_a на V_a(т. н. управляющее напряжение, V_ynp.)· Тогда для цилиндрических электродов

I=4 + 1д=1.468 · Ю- · £ р^)^3/г =

(уУд+ У_ау/2_;

= 1,468-ιο

ί

для плоских

Гд 1 + iUo

или сферических электродов ф-лы аналогичны. По смыслу вывода, г_д здесь (приблизи-

тельно)—радиус сетки. Эти ф-лы определяют собою характеристическую поверхность (I, V_a, Vq) сечения ее плоскостями (I, V_a) и (I, V_g) дают соответствующие характеристики анодного тока Л. э., из которых обычно применяются (I, V_g) или практически (1_а, V_g). Последняя не точно и не на всем протяжении выражается приведенной формулой, прежде всего потому, что 1_а<1, далее I всегда ss I_s, вследствие чего I, достигнув I_s, перестает увеличиваться, и кривая перестает следовать приведенной выше формуле и переходит в горизонтальную прямую, тем дальше отстоящую от оси V_g, чембольше Т°. При этом еще: 1) восходящие части кривой для различных Т° не вполне совпадают (как этого следовало бы ожидать по сути вывода), так как при увеличении Т° возрастает действующая длина нити; 2) переход в горизонтальную часть кривой не резок, так как в этих областях V_ynp. заставляет попадать на анод также и электроны, отклоняемые магнитным полем тока накала в нити, а также потому, что различные участки нити, находясь при разных Т°, достигают насыщения при разных V_a. Далее, фактическое V_gотличается от приложенного (батареей либо потенциометром) V_g на величину к о н-тактной разности потенциалов. Неполное соответствие геометрических форм Л. э. допущениям вывода Лангмюра, наличие собственных скоростей электронов (заметное при малых Vynp.) и падения потенциала вдоль нити дают иногда существенные отклонения. Влияние разности потенциалов на концах нити v учитывается формулой

2! (.Va+vflz -V‘/a

I=1,465 · 10^_s ~ ^-S-,

⁹ 5 r v

к-рою приходится заменять «формулу V^ZJ²» при небольших V_a. По последней формуле. Нина I в некотором участке почти прямолиней- ^{* 1}

Т

О

O-j-Q--q.-q.::-2г„._а но. Особняком стоит

rj ~~.1 наблюдаемый в элек-

—I--катод тронных лампах с

_{Фиг- 4} пониженным накалом подъем «горизонтальной» части, объясняемый «обратным накалом» от анода лампы, разогреваемого тем больше, чем больше V_ynp.

Из ряда предложенных эмпирич. ф-л для I приведем следующие:

I=A(Vg + DV_ay,

где 0<р<2, смотря по выбору интервала Viynp. — V_2ynp ; по фан-дер-Бийлю (Van der Bijl):

I=(Vg + DVa + νγ·,

для малых Vy_np, p= 2. Предложены еще ф-лы, учитывающие и горизонтальную часть, например Иооса:

i =2 + * ^arc tg {^AWg + D(V_a - В)] } (чисто эмпирическая).

Из электростатич. соображений (без учета объёмного заряда), для спиральной сетки (фигура 4) с и витками на см:

,^га

2π · η·г„In

№>=-

In

1

2лη r„

Для сетки с проволоками «в клеточку»:

Vo

4π · η · Τη In -

_s_t_^гл

1

ln-

4π n · a

при n клеточках на см². Для сетки из п проволок, параллельных нити:

Га

η In -

Vo~

па.

В последних ф-лах принято, что а <£ расстояния между проволоками; без этого ограничения имеем:

2п -п-Гд-1 пУ~ In ch 2π ·η· a

Vo —

LSL·

In ctii 2π · n a

Для сетки из отдельных колец на расстоянии d между серединами проволок двух соседних колец:

г in-" ^μο=-„ _

4π · r_a

^r9 d- A ’

in=co

~ 2 ^e g i ⁷¹ n= i ⁿ

2n · η ·α

d

( — )

*-yrkJ

In

i.

· e f^:

a γ—постоянная Эйлера, равная 0,577. При 2π · а « d имеем приблизительно:

^га

_ 2Ж-Гд

^μ°~ά

In

In -

Во всех этих формулах анод, катод и поверхность сетки считаются бесконечно длинными круглыми цилиндрами.

Для плоских (бесконечно протяженных) электродов при сетке из п параллельных проволок на 1 сантиметров на расстоянии h от анода:

2л · η · h 2л - п - h

14 —

In -

In

2 sin π·η· a η · n· a

если η·α« 1, и в общем случае:

_ 2π п It-In ch 2π η a ^μ° In ctll 2.τ · ?ι · α

или эмпирич. ф-ла:

/!(,=80 · а ·η² h + 1.

Из соотношения

I (У_я + PpV flz

Те (i + Pofl*

I=1,468 · 10-при di=0 получаем:

Vo ⁼

dV_a

dVn

что показывает, что изменения потенциалов [ AV_a I и I μ₀ dV_g I эквивалентны по действию на I и что изменение V_q имеет при Vo=j) большее действие, чем такое же изменение V_a. При снятии характеристик Л. э. (фигура 5, I_a^V_g) это сказывается в том, что при увеличении V_a характеристики смещаются влево на величину «смещающего напряжения» DV_a из двух характеристик мож_но опре-

делить и D или μ₀ (другие способы определения—смотрите ниже).

Параметр μ₀ (D) является одним из основных для Л. э. Другими наиболее важными

параметрами Л. э. являются: внутреннее диференциальное сопроти вление Ri=при V_a=Const икру-

си а у т и з н a S=_dy при V_a=Const. Соотношение

D S ^gRi=~^д- ^=1

^г aV_a dia aV_a

показывает, что из трех параметров независимы только два, вследствие чего французские, английские и американские авторы лишь в сравнительно редких случаях вводят S. Параметр μ₀ (D) обычно менее зависит от V_a или V_g, чем и S (фигура 6). Крутизну S=°‘г, пренебрегая I- 1_а=1_а,получаем

0Уд равной

S-V- ^μο _гд

U**Vg+ V_a)P-1

(ΐ + μοΡβ*

она же равна tg наклона характеристики (I_a, V_g). Аналогично п SVa ₌ До J Τρ(1+μ₀)Ρβ² * dl_a S ρ·1· №oVg + VaW-i

представляет ctg наклона характеристики (I_a,V_a). Наконец μ₀ есть tg наклона характеристики (V_a: V_g). Экспериментальное определение этих параметров из наклонов характеристик является «классическим».

В усилительных лампах обычно достаточно пользоваться более или менее узким участком, где и S и R{=Const. В генераторных лампах рассматривается «средняя крутизна»

S=^f^dVg„, которая с практически достаточ-

^V9~^V9 д ной точностью определяется наклоном прямой, соединяющей две крайние точки характеристики с V_g и Vg. Для параболич. отрезка кривой этот прием совершенно точен. Величины параметров ламп разнообразны. В качестве ориентировочных данных можно привести следующие:

системы наклонных прямых соответствуют S= Const и μ₀Κ_{=Const. Последняя величина, по Деко, определяет (чисто эмпирическая закономерность) назначение лампы.

Благодаря большой скорости полета v, которая м. б. при и<£ 3· 10¹⁰ см/ск определена по формуле:

v=6 · 10⁷ j/V_a см/ск

(V_a—в вольтах), на нити сетки попадает при невысоких V_q лишь небольшое число электронов (т. e. J_ff«I_a); оно однако растет при увеличении V_д по сравнению с V_a, и при V_g> V_a токТ_гдаже превосходит 1_а(фигура7). Обстоятельство это весьма существеннодля ламповых генераторов. Для усилителей существенно попадание электронов на сетку, то есть наличие 1_д, при малых V_g и в особенности при Vg< О; При этом резко различаются случаи совершенного и несовершенного вакуума (жесткие и мягкие электронные лампы). В мягкой Л. э. кроме электронов на сетку попадают и положительные ионы газа, образуемые электронами. Благодаря этому в не

котором интервале 1„ меняет направление (1_д_); по величине 1_д/1_а можно судить о качестве вакуума в Л. э., т. к. приблизительно фактор пустотности l_g_/I_a= Const~,

если р—давление газа в Л. э. (или, лучше, число молекул в 1 см³). Однако во всех этих случаях 1д«1_а, так ^как V_g«.V_a. Если же V_g становится сравнимым с V_a (случай генераторных схем), то 1д начинает составлять заметную часть 1_а и даже может значительно превосходить его, причем как .общее правило 1 д 1_а растёт с V_g : V_a.

Измерение параметров Л. э. Как указано выше, R{, S и μ₀ (D) можно определять из характеристик. Но существуют и непосредственные способы. Определение Ri можно производить: а) по схеме фигура8 (Баркгаузен), то есть обычным мостом Витстона при установке телефона Т на молчание, из соотношения Ri=R ~; б) включая во внешнюю цепь сопротивление г, уменьшающее 1_а на небольшую величину Δί_α; тогда

	μ0	шА SAT	Ri· 10-32	Дой,-10-32
Л. э., усил., в ч.	10—30	0,3—1,5	15—30·	350—1 000
Л. э. детекторы, и регенер. («универсальные»).	9—20	0,4—2,5	6—20	70—350
Л. э., усил., н. ч., на сопротивлениях ..	о Ь-к о о	0,5—1,5	15—150	1 000—8 000
Л. э., усил., н. ч“ для громкоговорителей.	3—10	1—3	1,5—10	3,5—70

р IП. — ~/а.

A In

i?,

б.>

Общее обозрение величины параметров приемных Л.э. дает диаграмма по Деко [¹⁰], в которой по осям отложены In μ₀ и In Д_г·, а две регулировкой R; тогда где J?_ff.—сопротивление анодной батареи (Иклз); в) по схеме фигура 9 (Иклз): ток через амперметр А сводится к нулю— один раз при замкнутом ключе Т регулировкой R_lt а другой раз при разомкнутом Т

Ri =

Iil · J?2

h

Следующие схемы требуют знания μ₀(Ώ):

г) по схеме Мартенса (фигура 10)

1 + D Hi.

D На ’

11,-=R„

д) по Миллеру (фигура 11)

^Ri⁼ I·"» I”¹) К;

здесь м. б. сделано ,й₁=й₂.

Измерение проницаемости электронных ламп μ₀ (В): а) по Миллеру (фигура 11, где од-

б) по Аппльтону (фигура 12) R регулируется так, чтобы ток в А не менялся при замыка-

te

нии и размыкании К тогда μ₀=; в) то же,

π

ад

©т

R, I—, R, -»AA/WWiMWWVWMA|->

Фигура 10.

но про от нити—в виде скользящего контакта (Шоттки); в способах «в» и «г» то же соотношение для μ„, что и в способе «б»; д) компенсационный способ Иклза(фигура 13):

при коммутаторе в положении 1 (изменением Ri) устанавливается нек-рый ток в А и затем при положении коммутатора 2 добиваются того же тока изменением величины

	——
г J	1 Ьё 1
Vi R -ΛΛ/WVWVWVWW t_—

Фигура 15.

сопротивления й₂; ^в этом случае μ₀ =

(в знаменателе неизменное сопротивление R).

Измерение S: а) по Шоттки (фигура 14), при молчании телефона

1+^

о. ⁺ Д»

^ Ί> 1

б) по Аппльтону (фиг·. 15) подбирают R так, чтобы маниция ключом К не меняла показания А; тогда S=; в) по Беллентай-

ну (Ballantine) (фигура 16) при подборе R _х на замирание телефона (при достаточно малых переменных эдс)

Особые типы Л. э. Усилительнодетекторные. Двухсеточные Л. э. имеют вторую сетку, помещаемую или между нитью и управляющей сеткой (сетка объёмного заряда) или между управляющей сеткой и анодом (анодозащитная сетка). В обоих случаях вспо-могательн. сетки соединяются с частью анодной батареи. Сетка объёмного заряда, неся на себе незначительный, но однако почти достаточный для насыщения потенциал у весьма ослабляет действие объёмного заряда и тем сильно повышает крутизну. Далее, в виду близости I_aк насыщению, V_a должен быть лишь немногим выше F_ft; Л. э. с такой сеткой работает уже при V_a порядка 8—20 У. Характеристика (фигура 17) показывает переход тока испуска-. ния с вспомогательной сетки на анод с ростом F„; μ₀ в таких лампах обычно всего

4—5. Включение «2» соответствует «анодозащитной» сетке, назначение которой—возможно увеличить μ₀, не сдвигая в то же время характеристику чересчур вправо; при этом μ₀ лампы равняется с большим приближением μ_0ι·<“ο₂, где μ_0χ соответствует одной управляющей, а μ_θ2— одной защити, сетке. В таких лампах обыкновенно весьма заметен дина-тронйый эффект (см.

Динатрон)·, применяются они для усиления на высокой частоте. Параметр μ„ достигает нескольких сотен (~ 500), коэфициент усиления ее в схеме μ—до 150. Как правило Vg₂ < V_a, но бывает и V_g^V_a (если не опасно действие вторичного испускания). При V_ff2>V_a такая Л. э. идентична с плиодкнатроном Хел-ла. В трехсеточных Л. э. применяются одновременно обе вспомогательные сетки; однако последний тип Л. э. не получил практического распространения вследствие трудностей однородной их продукции.

Для устранения мешающего действия е м-кости Л. э.,то есть собственно действующей емкости анод-сетка С_ад, применяются экранирован ные Л.э.(фигура 18, а и б), отличающиеся от двухсеточных гл. обр. добавочным экраном, не допускающим силовых линий анода до сетки и нити. Дело в том, что действующая С_д, составляясь из емкостей анод-сетка С_ад и сетка-нить С„_ъ значительно больше статич. [^а] С_дст.=<Т_ад + С_дк и составляет Сд= С_дк + С_ад( 1 + μ), то есть в пределе, при μ=μ₀, может превосходить С_дст в 10—20 раз (при С_дк и Сад порядка 5—10 сантиметров и при μ₀= 10, (7^=60-г 120 см). Это обстоятельство препятствует усилению волн короче 4300 м; экранированные Л. э., у которых С_ад

Фигура 18а. Фигура 180.

и С_дк падают до 0,02—0,05 см, позволяют усиливать волны длиной до 10—20 метров и кроме того устраняют необходимость нейтроди-нирования (смотрите).

Л. э. многократные Леве-Ар-д е н н е представляют собою целый двухкаскадный или даже трехкаскадный усилитель на сопротивлениях (смотрите Усилитель), собранный в одном общем баллоне, благодаря чему все подводки и их емкости сокращены до минимума; благодаря этому понижается нижний предел возможного усиления до ~200 метров длины волны.

Пентоды, или пятиэлектродные Л. э., представляют собою комбинацию двух Л. э. на общей нити накала и предназначаются специально для двухтактных схем; старейший патент—Лангмюра, 1913 года. Кроме сетчатых контрольных электродов предложены также и пластинчатые управляющие электроды, располагаемые либо по другую сторону нити параллельно плоскому аноду <де-Форест, Вин. и др.) либо даже вне баллона лампы (Вигант, Раунд).

Л.э. с магнитным управлением—см. Магнетрон. Л. э. с падающими характеристиками, основанные на вторичном испускании электронов,—см. Динатрон.

Лит.: i) Bushman S., «Physical Review», New York, 1922, v. 20, p. 109; 1923, v. 21, p. B23—636 (вывод формулы); ^!) К о 11 e г L., ibidem, 1925, у. 25, p. 671 (оксид); ³) Kingdon К. Н., ibid., 1924, v. 24, p. 510—522 (Th-катоды); ⁴) D u s h m a n S. a. E w a 1 d J., «General Electric Review», Schenectady, 1923, y. 26, -p. 154—160 (Wo-, Mo-, Та-, Th-катоды); ⁶) S t e a d G., «.Tourn. of the Electrical Engineers», L., 1921, v. 59, p. 427 (йспуск. «единичные цилиндры»); *) Worthing A., «Physical Review», N. Y., 1922, v. 20, p. 91—92; ’) Langmuir J., ibid, 1923, v. 21, p. 419; ®) Langmuir I. a. Blodgett K., ibid., 1923, v. 22, p. 347 (цилиндрические электроды); *) Langmuir J. a. Blodgett K., ibid., 1924, v. 24, p. 42 (сферич. электроды); ы>) Decaux В., «1,’onde dlectrique», Paris, 1929 (классификация ламп); u) F о r s t m a η n A. u. Reppisch H., Der Nie-

derfrecpienzverstarker, Berlin, 1927; Берг А., Основы радиотехнических расчетов, Ленинград, 1928.

Берг А., Общая теория радиотехники. Л., 1925; его ж е, Катодные лампы, Л., 1924; Введенский Б., Физические явления в катодных лампах, М.—Л., 1926; СЭТ, Справочная книга для электротехников, т. 4, Л., 1929; БаркгаузенГ., Катодные лампы (электр. трубки), пер. с нем., М.—Л., 1926; Barkhausen H., Elektrbnenrohren, В. 1—3, Lpz., 1926—29; М о г е с г о 11 I, Principles of Radio Communication, 2 ed., N. Y., 1927; M б 1 1 e r H., Elelttro-nenrdhren, 2 Aufl., Brschw., 1922; F о r s t m a η n A. u. Schramm E., Elektronenrohren. B., 1927; W a g-n e r K. W., Die wissenschaftlichen Grundlagend. Rund-funkempfangs, Berlin, 1927; Palmer L., Wireless Principles a. Practice, L., 1928; H u n d A., Hochfre-quenzmesstechnik, 2 Aufl., B., 1928; В a n n e i t z F., Taschenbuch d. drahtlosen Telegraphie u. Telephonie, B., 1927; G г о c z k о w s k i J. et T e y s s i e r G., Les lampes к plusieurs dlectrodes, Paris, 1927; Van d e r B i j 1 H., Thermionic Vacuum Tube, N. Y., 1920; Gutt on C., La lampe it trois glectrodes, P., 1925; Richardson O. W., Emission of Electricity from Hot Bodies, London. 1916. Б. Введенсний.

Производство Л. э. Большое разнообразие типов, нашедших себе практическое применение Л. э., делает производство их крайне разнообразным как по роду их оборудования, так и по сортименту применяемых материалов и производственным процессам.

Мелкие Л. э., идущие в главной массе для целей радиоприема (усилительные), изготовляются теперь почти исключительно с никелевыми внутренними электродами, с применением различного рода легкоплавких стекол для баллона и ножки, на которой собирается вся конструкция. Наиболее часто употребляются стекла, идущие в производстве осветительных ламп накаливания [наир, для колбы; 69.8% Si0₂, 1,56% А1₂0₃, 0,42% Fe₂0₃, 5,93% СаО, 3,55% MgO, 18,6% (К₂0 + + Ыа₂0);для ножки:57,3% Si0₂,5,02% А1₂0₃, 0,54% Fe₂0₃, 0,56% СаО, 21,56% РЬО, 0,18% MgO, 16,68% (K₂0 + Na₂0)]. Станки для обработки стекла (нарезка и развертка трубок, штамповка ножек, запайка в баллон) аналогичны станкам, применяемым в производстве осветительных ламп накаливания, равно как и автоматы для нарезки и сварки между собой проволок, идущих для изготовления вводов Л. э. (никель, платинит и медь). Механическая обработка деталей мелких Л. э. сводится к штамповке на небольших настольных прессах, специально приспосабливаемых к изготовлению детали данного типа. Для укрепления деталей широко применяется контактная электросварка. При изготовлении Л. э. весьма существенным является соблюдение большой чистоты при сборке: органическая и минеральная пыль, жиры (отпечатки пальцев) и окислы делают крайне затруднительным получение высокого вакуума при откачке прибора. В за-.висимости от рода примененного в данной Л. э. катода операция откачки сильно видоизменяется.

Лампы с чисто вольфрамовым катодом подвергаются откачке и обезгаживанию электродов на устройстве, схематически показанном на фигуре 19. Л. э. а, ., а напаиваются со штенгелями на отростки коллекторной трубы К, присоединенной через ловушку Ώ к насосу L высокого вакуума, выхлопной патрубок которого откачивают вспомогательным насосом М. Подъемный колпак В с электрическим или газовым подогревом позволяет прогреть лампы а, ., а до 360—450°в первой стадии откачки, имеющей целью удалить

из ламп пары и газы, адсорбированные стеклом. В качестве насосов высокого вакуума применяются молекулярные насосы Геде и Хольвега или же ртутные конденсационные Лангмюра; последние получили особенно широкое распространение. Вторая стадия откачки электронных ламп имеет целью удалить газы растворенные, адсорбиро-ванныеихимически связанные с металл ом внутренних частей ламп. Наиболее часто для этой цели применяется продолжительное прокаливание (для никеля при 1000—1200°) при непрерывно действующих насосах путем пропуска-: ния электронного ραβί ряда. Деталь, подвергающаяся прокалке, сообщается сположитель-. ным полюсом источни-Фигура 19. ка тока высокого на пряжения (500—3 000 V) и служит анодом, в то время как катод накален от отдельного источника и присоединен к минусу высоковольтной цепи. Энергия, выделяемая электронами на аноде, зависит как от приложенного к лампе напряжения, так и от величины электронного тока. Последний легко может быть изменяем регулированием ί° катода, чем обычно и пользуются во время откачки. Во избежание проникновения в коллектор К паров ртути ловушку D во время обезгаживания наполняют жидким воздухом. Окончание процесса узнают по отсутствию вторичной ионизации при накаленных электродах,‘после чего лампы отделяют от коллектора переплавлением-сужен-ных мест трубок, которые служили для откачки (отпайка). При размягчении стекла в момент отпайки значительные количества газов (преимущественно Н₂и СО) выделяются из него внутрь Л. э., где отчасти подвергаются абсорбции поверхностью электродов и стекла, отчасти же остаются свобод-, ными. Поэтому вакуум в лампах, отпаянных от насоса, значительно хуже, чем в последние минуты откачки. Исправление вакуума в отпаянных электронных лампах достигается (обычно уже после всех отделочных операций, часть которых сопровождается нагреванием и также способствует ухудшению вакуума) операцией «жестчения», или «тренировки». Последняя чаще всего сводится к включению ламп на нормальный или несколько форсированный рабочий режим на время от 30 мин. до 2 часов.

Л. э. с торированным вольфрамовым катодом обычно не подвергаются обезгажива-нию частей на насосе, а лишь прогреваются печью для удаления паров и газов с поверхности стекла. В таком виде лампы отпаиваются и уже в отпаянном их состоянии металлич. части ламп подвергаются раскаливанию. Выделяющиеся при этом газы поглощаются металлич. магнием или кальцием, кусочек которого предварительно, при сборке ламп, укрепляют на одном из электродов. Благодаря применению магния Л. э. с такого рода откачкой имеют характерный зеркальный налет на стекле. Производство Л. э. этого рода может с успехом выполняться на автоматич. откачных станках, применяемых в производстве осветительных ламп; при этом нет необходимости пользоваться насосами высокого вакуума, т. к. при разрежениях порядка 0,01 миллиметров (масляный насос) в отпаянной лампе применение магния обеспечивает получение окончательного давления в 0,000001 миллиметров. Нагревание электродов производится чаще всего при помощи наведения токов высокой частоты. Жестчение ламп сопровождается кратковременным перекалом (2 800° на 2—3 ск.) катода, благодаря чему восстанавливается часть окиси тория до металла, образующего в дальнейшем, согласно теории Лангмюра, мономоле-кулярный слой на поверхности катода.

При производстве Л. э. оксидным катодом в настоящее время пользуются двумя способами нанесения окисного слоя на металлическое основание. Старый прием нанесения окислов Ва, Sr и Са заключается в механич. покрывании поверхности проволоки или ленты (платина, никель) эмульсией ВаС0₃ и SrC0₃ в воде или парафиновом масле с последующей прокй в атмосфере СО_г или в воздухе. Как видоизменение этого способа применяется наплавление слоев BaNOu и других легко разлагающихся солей. Новый способ исходит из металлич. бария, конденсирующегося на проволоке, служащей основой катода, внутри Л. э., где он и подвергается окислению либо за счет кислорода ранее нанесенных легко восстанавливаемых окислов (СиО) либо кислородом воздуха. Для получения металлич. бария при втором способе исходят из азида бария (BaN₆), раз- лагающегося при нагревании лампы во время ΓΊ# откачки (192—208°).По- £ р.

Фигура 20.

следующая возгонка бария производится одновременно с обезгажива-нием электродов при помощи токов высокой чат стоты. Лампы с оксидными катодами снабжены обычно магниевым -поглотителем, приводимым в действие иногда до отпайки от насосной системы.

Производство Л. э. средней (50—1 000 W) и большой (3—100 kW) мощности заключает ряд технология, тонкостей, в большинстве сохраняемых фирмами в секрете. Введение внутрь Л. э. значительных сил тока для накаливания катода осуществляется как путем подбора специальных стекол, допускающих впайку толстых металлич. стержней, так и путем специальных конструкций вводов. На фигуре 20 изображены различные типы применяемых теперь впаев металла в стекло: а—м олибдена (диам. стержней до 6 миллиметров)—для чего пользуются стеклом с низким коэф-том расширения [Зα= (1004-160) · 10^-7] и впаи делают через вводные стаканчики, б—м е д и, для впая которой безразличен сорт стекла, в—ф е р р о-х рома (25% Сг, 1% Si, 0,3% С) и г—и латины, для впаивания которых применяются стекла с коэфициентом расширения в пределах (2504-270)· 10~⁷. При помощи станка с двумя симметрично вращающимися ами, расположенными на одной горизонтальной оси, достигнуто изготовление впаев типов «б», «в» и «г» диаметром до 100 миллиметров. Этими же приемами впайки пользуются для соединения анодных цилиндров со стеклянными баллонами в лампах с водяным охлаждением.

Рабочие электроды Л. э. изготовляются преимущественно из тугоплавких металлов. Наибольшее удобство в работе дает тантал, однако дороговизна его заставляет часто применять никель, молибден и вольфрам. Детали, не подверженные сильному разогреву при работе Л. э. и служащие преимущественно для крепления электродов, изготовляются предпочтительно из нержавеющих сплавов. Широкое распространение в последнее время получил сплав «монель». До окончательной сборки металлич. части. Л. э. тщательно обезжиривают и восстанавливают продолжительной прокй в водороде или в вакууме.

Откачка мощных Л. э. ведется аналогично откачке усилительных с вольфрамовым катодом, но благодаря значительным массам металла электродов процесс обезгажи-вания длится от 2 до 10 часов. В зависимости от материала электродов тепловая нагрузка их, достигаемая при помощи электронной рдировки, различна и определяется как ί°«. электрода, так и упругостью паров накаленного металла. Приблизительные нормы нагрузок при обезгажи-вании и для готовой лампы приведены ниже.

Нормы тепловых нагрузок.

Материал	Нагрузка при обезгаживании		Допустимая рабочая нагрузка
	W/CA12	°с	W/см2	°с
Никель. Молибден Тантал. Вольфрам	3,0—3,5 35—45 60—70 85—100	1 000—1 200 2 000-2 200 2 200—2 300 2 300—2 400	1,2—1,8 4—5 9—12 15—20	750—850 1 000—1 150 1 400—1 500 1 500—1 600

Существенную роль при обезгаживании играют примеси к металлу электрода. Так например, содержание в никеле примеси .марганца от 0,3 до 0,4% делает его совершенно негодным для изготовления электродов, подвергающихся нагреву при работе прибора. Равным образом примеси железа, никеля, углерода к молибдену, танталу и вольфраму вызывают недопустимо большое отложение металла на внутренних стенках баллона Л. э. Ради увеличения коэф-та лучеиспускания анодов применяют различного рода покрытия и матировку их (хромирование, чернение и травление). Некоторые способы обработки поверхности помимо увеличения теплоотдачи анода понижают также и упругость паров металла анода.

При откачке Л. э. существенно влияет на обезгаживание металла не только достигнутая к концу процесса температура, но также и величина приложенного анодного напряжения. Лампа, переставшая отдавать газ при данном напряжении, вновь начинает «газить» при повышении вольтажа. Поэтому к концу откачки, постепенно поднимают напряжение, доводя его до двойного против максимального рабочего. Некоторые фирмы вместо этого применяют для трехэлектродных ламп откачку при генераторном режиме. Последний способ дает то преимущество, что позволяет при соответствующем подборе элементов хсолебательного контура прокалить емкостными токами те детали ламп, которые обычно остаются ненагретыми электронной рдировкой во время откачки,., при работе же готовой лампы будут подвержены более или менее сильному нагреву.

Производство Л. э. в СССР начато в 1919 году В настоящее время оно сосредоточено на предприятиях Всесоюзного электротехнич. объединения: электровакуумн. заводе «Светлана» в Ленинграде и Электрозаводе в Москве.

Конструкции Л. э. в последние годы сильно меняются и в настоящее время еще не стабилизировались.

Лит.: D u η о у e г L., La technique, du vide, P., 1924; G о e t z A., Physik u. Technik d. Hochvakuums, 2 Aufl., Brschw., 1926; D и s h m a n S., Die Grund-lagen d. Hoehvakuumtechnik, B., 1926; К a у e G. W.,. High Vacua, L., 1927. С. Веммшсиий,