Лампы разные нужны, лампы всякие важны
Около двадцати лет тому назад был издан справочник, где приводились основные данные о всех электронных лампах, когда-либо выпущенных в мире. В этом справочнике было около 10 000 названий ламп. Почему так много? Ну, во-первых, лампы все время совершенствовались: современный триод, например, совсем не похож на первые трехэлектродные лампы, появившиеся на свет в 1907 году. В биографии лампы можно найти несколько периодов, когда вся она или отдельные ее детали претерпевали самые серьезные изменения.
Во-вторых, разные страны, а иногда и отдельные опасающиеся конкуренции фирмы выпускали свои собственные типы ламп, и сейчас в мире существуют десятки ламп, совершенно одинаковых по своим усилительным возможностям, но отличающихся устройством.
Наконец, третья причина — для разных радиоустройств нужны различные электронные лампы, работающие при разных анодных или накальных напряжениях, позволяющие получить большое усиление по току или большое усиление по напряжению, лампы, рассчитанные на различные виды анодной нагрузки и т. д. Так, например, среди современных отечественных ламп вы найдете около двух десятков триодов, каждый из которых имеет свои особенности. А ведь, кроме триодов, имеются другие типы усилительных ламп, и среди них существует такое же, если не большее, разнообразие. Сейчас мы попробуем разобраться в богатом ассортименте ламп, научимся отличать одну лампу от другой и в ряде случаев решать вопрос об их взаимной замене.
Наш любимец триод далеко не безгрешен — у него есть два весьма серьезных недостатка. Во-первых, в триоде открыт путь для так называемой обратной связи, то есть для влияния выходного сигнала на входной. Анод и управляющая сетка триода образуют своего рода конденсатор, и именно через него «мощная копия» воздействует на свой оригинал. В зависимости от целого ряда обстоятельств обратная связь может усиливать входной сигнал или, наоборот, ослаблять его. В обоих случаях нормальная работа усилителя нарушается, и поэтому большую емкость между анодом и сеткой относят к недостаткам триода.
Второй недостаток триода можно было бы определить так: анодное напряжение слишком сильно управляет анодным током. Правда, наш прежний вывод о том, что анод действует на ток слабее, чем сетка, остается в силе — иначе лампа вообще не усиливала бы напряжения. И все же хотелось, чтобы переменное анодное напряжение еще меньше «вмешивалось» в дела анодного тока, чтобы полновластным хозяином здесь был только входной сигнал, поданный на сетку.
Оба недостатка триода устраняются одним ударом — между управляющей сеткой и анодом располагают четвертый электрод — так называемую экранную сетку (рис. 40, а). Также как и управляющая, это сетка только по названию, фактически она представляет собой спираль. Четырехэлектродная лампа называется тетродом — тетра по-гречески значит четыре. Для того чтобы экранная сетка выполняла свои функции, нужно подать на нее положительное напряжение и одновременно заземлить ее через конденсатор (рис. 41).
Рис. 41
Положительное напряжение на экранной сетке ускоряет движение электронов, которые, пролетев сквозь нее так же легко, как и через управляющую сетку, устремляются к аноду.
Положительное напряжение на экранной сетке, для краткости мы будем называть его просто экранным напряжением или «плюсом» на экране, заметно уменьшает влияние анодного напряжения на анодный ток. Как бы ни уменьшался теперь «плюс» на аноде (на схемах для краткости пишут +А), экранная сетка продолжает делать свое дело — с постоянной силой подталкивать электроны к аноду.
Здесь необходимо отметить, что часть электронов, примерно 5—10 %, перехватывается самой экранной сеткой, и в лампе появляется экранный ток — некоторое подобие анодного тока. Экранный ток позволяет очень просто подавать напряжение на экранную сетку от анодной батареи (рис. 41, б). Дело в том, что для большого числа ламп экранное напряжение должно быть меньше анодного. Это довольно легко сделать, если подать напряжение на экранную сетку с «плюса» анодной батареи через гасящее сопротивление R2. Проходя поэтому сопротивлению, экранный ток создаст на нем какое-то падение напряжения (закон Ома!) и в результате этого уменьшится напряжение на экранной сетке. Так, например, если напряжение анодной батареи 250 в и на гасящем сопротивлении теряется 150 в, то на экранной сетке (то есть между этой сеткой и «землей») действует остаток 100 в. Из сказанного ясно, что для того, чтобы понизить экранное напряжение, достаточно увеличить гасящее сопротивление. Довольно часто пониженное напряжение на экранную сетку подают с делителя (рис. 41, в).
Конденсатор С2 в цепи экранной сетки выполняет роль обычной развязки — он замыкает на «землю», то есть на катод, переменную составляющую экранного тока, которая появляется под действием усиливаемого сигнала. Но это далеко не все. Конденсатор в экранной цепи замыкает на «землю» также и переменные токи, которые в триоде попадали из выходной цепи во входную и таким образом создавали обратную связь. Теперь эти токи пройдут на «землю» по пути наименьшего сопротивления, то есть через емкость анод — экранная сетка, и через развязывающий конденсатор. Так экранная сетка защищает управляющую от анода.
Несмотря на очевидные достоинства, тетрод не получил широкого распространения, а в современных приемниках он не применяется вообще. Причиной этому одно весьма неприятное явление с довольно громоздким названием «динатронный эффект».
Когда электроны с большой скоростью врываются в анод, то они выбивают из металла другие, так называемые вторичные электроны. Казалось бы, что эти электроны, так же как и основные, первичные, должны вернуться обратно на анод под действием положительного напряжения. Однако так бывает не всегда.
Поскольку на нагрузке действует переменное (выходное) напряжение, то меняется напряжение и на аноде — об этом мы уже говорили не раз. В некоторые моменты времени напряжение на аноде может уменьшиться очень сильно, буквально до нескольких вольт, и анод почти совсем перестанет притягивать электроны. В эти тяжелые минуты большую помощь аноду оказывает экранная сетка — именно она поддерживает анодный ток, подталкивает электроны к ослабевшему аноду.
Но беспредельно уменьшать анодное напряжение нельзя. Наступает такой момент, когда лампа вдруг перестает нормально работать, ее анодный ток резко уменьшается, а экранный — возрастает. Что же случилось? Кто виновник катастрофы? Оказывается, когда напряжение на аноде становится значительно меньше, чем на экранной сетке, та начинает «затягивать» вторичные электроны, которые создают встречный ток, направленный против основного анодного тока. Это явление и называется динатронным эффектом.
Для того чтобы спасти тетрод, устранить в нем динатронный эффект, применяют так называемую лучевую конструкцию лампы (рис. 40, б). С помощью довольно простых приспособлений заставляют электроны двигаться от катода к аноду не широким фронтом, как в обычной лампе, а узкими, острыми лучами. Эти электронные лучи как бы отталкивают к аноду вторичные электроны и таким образом предотвращают динатронный эффект.
Лучевой тетрод — весьма распространенный тип усилительных ламп, но еще большей популярностью пользуется пентод — пятиэлектродная лампа (рис. 40, в). Пятый электрод — это еще одна, третья по счету сетка, расположенная вблизи анода. Эта сетка, которую называют пентодной или антидинатронной, всегда соединена с катодом либо внутри баллона, либо на ламповой панельке. Именно подключение к катоду позволяет пентодной сетке успешно бороться с динатронным эффектом.
Рис. 40
Если вы живете на втором этаже, а ваш товарищ на первом, то справедливо сказать, что вы живете выше его или, наоборот, что он живет ниже вас. Когда мы говорим, что на аноде «+» относительно катода, то это одновременно значит на катоде «—» относительно анода. Пентодная сетка соединена с катодом, и поэтому на ней также действует «—» относительно анода. Именно этот «минус» отталкивает обратно к аноду вторичные электроны, ставит для них непреодолимый барьер на пути к экранной сетке. Что же касается основных, первичных электронов, то они практически не успевают «почувствовать» отрицательного напряжения на пентодной сетке и с большей скоростью пролетают сквозь нее, попадая на анод.
Кроме обычных усилительных ламп — триода, лучевого тетрода и пентода, в приемнике применяются еще некоторые специальные лампы. Из них мы рассмотрим только одну — гептод, лампу с семью электродами (рис. 40, г). Она является своеобразным объединением двух пентодов. Как и в обычном пентоде, в этой лампе есть анод, катод и антидинатронная сетка, но кроме них, в гептоде еще имеются две управляющие и две экранные сетки. Конструктивно гептод выполнен так же, как и все остальные лампы, — его сетки — это проволочные спирали, навитые на траверсах и расположенные вокруг катода на различных расстояниях от него. Одна из экранных сеток находится на своем обычном месте рядом с пентодной, а вторая — между управляющими сетками. Обе экранные сетки соединены внутри баллона и имеют общий вывод — к ним подключается один конденсатор и одно гасящее сопротивление.
Что же касается управляющих сеток, то выводы у них отдельные и потому анодным током гептода могут одновременно управлять два входных сигнала.
* * *
ЛАМПЫ ВМЕСТО ЛАМПНеприятности случаются, как правило, в самые неподходящие моменты. В разгар праздничного вечера вдруг сгорает в радиоле лампа. В этой трагической ситуации вы принимаете смелое решение — забраться в телевизор и извлечь оттуда какую-либо лампу для замены сгоревшей. Но какую?..Заменить лампы без каких-либо переделок и монтажа можно лишь в том случае, если эти лампы имеют одинаковые цоколевки. Однако этого еще недостаточно. Лампы должны иметь близкие основные параметры и рекомендованные режимы работы. Ниже приводится короткий список, в котором указаны группы взаимозаменяемых ламп.5ЦЗС, 5Ц4М, 5Ц4С6С2С, 6С5С, 6Е5С6Н8С, 6Н9С6Г1, 6Г26Ж1П, 6ЖЗП, СК1П6Ж4П, 6К4П6Ж7, 6К7.6Ж4, 6Ж8.6Г16С, 6Ф6С, 6ПЗС,6П14П, 6П18ПЭто, конечно, далеко не полный список, но даже им пользоваться нужно умело. Так, например, замену выходных ламп на менее мощные, допустим 6ПЗС на 6П6С, можно производить совершенно спокойно. В то же время обратная замена может вызвать перегрузку выходного и силового трансформатора, а значит, и их перегрев. Оптический индикатор настройки может заменить триод, но совершенно ясно, что никакому триоду не «взять» на себя функции лампы 6Е5С. В то же время приведенный список можно легко дополнить. Так, в частности, пентоды из группы 6Ж1П могли бы заменить пентоды из группы 6Ж4П там, где пентодная сетка соединена с катодом на ламповой панельке. При этом условии к группе 6П14П, 6П18П можно было присоединить еще 6П13. Вы уже догадались, что в этой лампе, так же как и в 6К4П, пентодная сетка не соединена с катодом внутри баллона и имеет отдельный вывод на цоколь. Вместо выходных ламп из группы 6ПЗС можно использовать триоды 6С2С, 6С5 и даже лампу 6Е5С, но выходная мощность при этом резко уменьшится.Во многих случаях замена одного типа ламп другими может пройти безболезненно. И все же по возможности такой замены следует избегать.
* * *
Основными особенностями различных типов ламп, например различных пентодов или триодов, являются их типовые, то есть рекомендованные режимы, основные усилительные параметры, конструктивное выполнение, так называемая цоколевка — схема подключения электродов к контактным ножкам цоколя, а также некоторые особенности, связанные с различным назначением ламп.
Основные режимы лампы — это напряжения на ее электродах и соответствующие им токи. В конце этой книги вы увидите цоколевки распространенных отечественных ламп. Возле каждого электрода указан его типовой режим, а рядом с лампой — некоторые ее параметры — крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление R1, коэффициент усиления μ и для некоторых ламп выходная мощность и Рвых и оптимальное сопротивление нагрузки Ra. В числе параметров можно встретить и допустимую мощность рассеивания на аноде Ра. Для комбинированных ламп, например 6И1П, иногда указывают параметры отдельных частей (например, триода и гептода).
Говоря о режимах, нужно прежде всего разделить лампы на две группы — батарейные, предназначенные специально для приемников с питанием от батарей, и сетевые для приемников с питанием от обычной сети переменного тока.
Все батарейные лампы имеют катод прямого накала, причем напряжение накала и накальный ток весьма малы. В большинстве новых ламп напряжение накала 1,2 в, а в более старых типах — 2 в. Особой является лампа 2П1П (2П2П), у которой две нити накала. При последовательном их соединении к лампе нужно подвести напряжение канала 2,4 в. при параллельном соединении — 1,2 в. Анодное напряжение у батарейных ламп также невелико — обычно 60–90 в. Практически они работают и при более низких напряжениях, вплоть до 20–30 в.
Напряжение накала всех сетевых ламп — 6,3 в. Эта величина не является случайной, она учитывает возможность питания ламп от аккумуляторов. Три соединенные последовательно кислотных аккумулятора как раз и дают напряжение 6,3 в. Имеются сетевые лампы с напряжением 12.6, 30 и даже 50 в, но мы о них говорить не будем, так как они широкого распространения не получили.
Для большинства сетевых приемных радиоламп принято анодное напряжение 250 в, однако в реальных приемниках лампы часто работают при пониженном напряжении, вплоть до 200–150 в. Это несколько ухудшает усилительные характеристики ламп, но зато заметно снижает потребляемую мощность и упрощает систему питания. Экранное напряжение в этом случае занижено пропорционально анодному и лежит в пределах 30—150 в вместо номинальных 100–250 в. Нужно сказать, что некоторые отклонения анодных и экранных напряжений от номинала не очень заметно влияют на работу приемника. Значительно хуже обстоит дело с напряжением накала. Даже небольшой, на 10–15 % перекал катода резко сокращает срок его службы, приводит к преждевременному разрушению активного слоя. В то же время недокал ухудшает усилительные свойства лампы. Некоторые типы ламп в некоторых схемах при недокале на 20–25 % совсем перестают выполнять свои функции.
Среди режимов ламп можно встретить и величины токов — накального, анодного, экранного. Токи эти в основном определяются напряжениями на электродах, однако зависимость здесь не всегда простая. Так, например, если уменьшить напряжение накала, то одновременно уменьшатся все токи лампы. Понижение экранного напряжения влечет за собой уменьшение не только тока экранной сетки, но и анодного тока.
Сильно влияет на ток в баллоне смещение — постоянное напряжение на управляющей сетке. Его величина также, как правило, указывается среди рекомендованных режимов.
Сравнивая анодные токи различных ламп, вы, очевидно, обратили внимание на две явно выраженные группы. У одних ламп анодный ток весьма мал, что-нибудь 2—10 ма, а у ламп другой группы анодный ток составляет несколько десятков миллиампер. Это так называемые выходные лампы. Их главное назначение — создавать сравнительно мощный, до нескольких ватт, выходной сигнал, который мог бы привести в движение диффузор громкоговорителя. Поскольку все лампы в приемнике работают примерно при одинаковых напряжениях, то значительную мощность выходная лампа может развить только за счет сравнительно большого тока. У этих ламп заметно повышен и ток накала для того, чтобы можно было получить достаточную эмиссию электронов с катода. Выходные лампы — это, как правило, пентоды или лучевые тетроды и сравнительно редко триоды.
Среди ламп, от которых не требуется значительной мощности, наиболее широко распространены пентоды для усиления напряжения высокой и низкой частот. Об усилительных свойствах таких ламп довольно ясно говорит крутизна их характеристики. Мы уже отметили, что при изменении напряжения на сетке меняется анодный ток лампы. Более четко об этом как раз и говорит крутизна — она указывает, на сколько миллиампер меняется анодный ток при изменении напряжения на сетке на 1 в. Так, в частности, лампа с крутизной 5 ма/в в типичной схеме усилителя высокой частоты даст усиление сигнала в 2 раза больше, чем лампа с крутизной 2,5 ма/в.
Все маломощные пентоды принято делить на две основные группы — с постоянной и переменной крутизной. У ламп второй группы крутизна зависит от напряжения смещения — чем больше отрицательное напряжение на сетке, тем меньше крутизна, тем меньше усиливает лампа. Это дает возможность осуществить автоматическую регулировку усиления, с которой мы познакомимся в конце книги.
Для усиления низкой частоты широко применяются и триоды. Часто их объединяют по два в одном баллоне, а лампа тогда называется двойной триод. Встречаются и другие комбинированные лампы, в частности, триод — пентод, триод — гептод и другие.
Специальные типы триодов и двойных триодов предназначены для работы на ультракоротких волнах. Нужно сказать, что с увеличением частоты, то есть с уменьшением длины волны, условия работы лампы резко изменяются. Прежде всего это связано с огромной скоростью всех процессов — уже на частоте 100 Мгц (волна 3 м) период колебаний длится всего сотую микросекунды! Электроны не всегда, точнее не во всех лампах, поспевают за столь быстрым изменением сигнала.
Кроме того, с увеличением частоты резко возрастает значение лаже самой маленькой индуктивности и емкости. Так, например, сравнительно небольшой проводник на метровых волнах ведет себя так же, как на длинных волнах вела бы себя катушка индуктивности, имеющая несколько десятков витков. Все это заставляет применять для УКВ-диапазона специфические схемы и методы монтажа, специальные усилительные лампы.
Рассматривая различные типы ламп, мы забыли о самой простой, о диоде. Электровакуумный диод, так же как и полупроводниковый, имеет всего два электрода — катод и анод. Оба диода обладают совершенно одинаковой «квалификацией» — они умеют пропускать ток только в одну сторону и поэтому могут работать в детекторе. С помощью диодов можно делать «и кое-что другое», но об этом вы узнаете уже в следующей главе.
О лампе можно кое-что узнать и по ее названию. Так, первая цифра указывает напряжение накала в вольтах, следующая за ней буква говорит о типе лампы. При этом приняты следующие обозначения: А — гептод, Б — диод (двойной диод) — рентод, Г — диод (двойной диод) — триод, Е — оптический индикатор настройки, Ж— маломощный пентод, К — пентод с удлиненной характеристикой, или, иначе, с переменной крутизной, И — триод-гептод, Н — двойной триод, П — мощный (выходной) пентод или лучевой тетрод, С — триод, Ф — триод-пентод (кроме пентода 6Ф6С), X — двойной диод, Ц — кенотрон, Э — тетрод.
Третий элемент обозначения — цифра. Это уже конкретный тип, разновидность указанного перед этим общего типа.
Так, например, все выходные лампы обозначаются буквой П, но выходных ламп имеется несколько типов, и цифра, следующая после буквы П, как раз и говорит о том, к какому из них относится данная лампа. В частности, лампы 6П1П, 6П18П, 6П14П — это все выходные лампы, но лампы, конечно, разные.
Наконец, четвертый, последний элемент обозначения указывает некоторые конструктивные особенности лампы. Буква С говорит о том, что лампа стеклянная, Р — сверхминиатюрная (диаметр 4 мм), П — пальчиковая, А и Б миниатюрная (диаметр 6 и 10 мм) и т. д.
Среди огромного множества электронных ламп можно выделить группы, в которых одни лампы можно заменять другими даже без всякой переделки радиоаппарата (стр. 124). Если же пойти на изменение монтажа (например, замена типа панельки) или на изменение схемы (например, подбор гасящих сопротивлений), то список взаимозаменяемых ламп можно значительно расширить.
Назад: Настоящий триод в настоящем усилителе
Дальше: Вопросы питания
