Как всё начиналосьБольшинство из вас знают, что электроника окружает нас уже очень давно. В конце 19 века Томас Эдисон усовершенствовал лампочку накаливания. Эдисон экспериментировал с тысячами сочетаний различных материалов, перед тем как, наконец, обнаружил, что тонкая вольфрамовая нить в стеклянной колбе, из которой был выкачан воздух, будет преобразовывать электрический ток в свет. Эти первые «лампочки» имели ряд проблем, но были достаточно хороши, чтобы войти в общее употребление в начале 1890-х годов. Во время эксплуатации было выявлено, что стеклянные колбы постепенно «темнеют», до такой степени, что начинают поглощать большую часть генерируемого лампой света. Чтобы бороться с этим явлением, были использованы различные методы, в том числе использование инертных газов и так же введение в внутрь колбы дополнительных металлических проводников, для того чтобы на них осаждалось то, что затемняло стекло лампы во время её длительного использования.
В 1890-х в лаборатории Эдисона столкнулись с неизвестным ранее явлением… было обнаружено, что если на проводнике внутри лампы создать положительный потенциал, то между нитью накаливания и этим дополнительным электродом через вакуум потечет электрический ток.
Он обнаружил, что этот эффект действительно может уменьшить «почернение» лампы, но самое главное все же было то, что между положительно заряженным электродом и раскаленной нитью, будет течь ток. Эдисон назвал этой явление «эффектом Эдисона». По сути,
Эдисон создал первую в мире вакуумную лампу «диод», так же называемую «выпрямителем» (rectifier).Прежде чем продолжить, надо объяснить, что диодом называют устройство, которое пропускает электрический ток, только в одном направлении (то есть это «клапан», который пропускает поток электронов только в одну сторону). Давно известно, что электроны обладают отрицательным зарядом «-» и движутся к тому, что обладает положительным зарядом «+». Таким образом, поток электронов (электрический ток) всегда течет в направлении от отрицательного потенциала «-» к положительному «+».
Вышеупомянутый «эффект Эдисона» стал широко известным и был глубоко исследован в множестве лабораторий по всему миру.
В современной «лампе» (уже как усилительном устройстве) так же используются три и более электродов, эффект от которых был открыт в 1903 американским ученым Ли ДеФоррест. Он открыл, что если поместить между раскаленной нитью и положительно заряженным электродом (анодом), отрицательно заряженный электрод то можно контролировать (модулировать) поток электронов текущий между ними, это позволило создать устройство, которое может выступать в роли «электронного клапана». Именно поэтому в большинстве стран мира «вакуумные лампы» (vacuum tubes), называют «клапан» (valves), это название пошло из их предназначения. В Северной Америке «лампы» называют tubes из-за конструкции и внешнего вида «электронного клапана». Как их не называй, факт состоит в том , что этому устройству уже более 100 лет! И само собой разумеется, после 100 лет развития электротехники, в 21 веке, ламповые усилители звука, представляют собой «зрелую» технологию.
Первый триод Ли ДиФореста (он называл его «Аудион») дал начало множеству различных устройств в аудио и радиотехнике. Пионерами в этой новой технологии, примерно в тоже время, что и ДиФорест разработавшими «лампы» с несколькими электродами, были Флеминг в Европе и Маркони в Соединенном Королевстве. Но считается, что первенство все же принадлежит ДиФоресту, как первому конструктору работающего прототипа. Независимо от того, кто же на самом деле был первым, «лампы» доминировали в мире электротехники до появления на сцене в середине 1950-х транзисторов.
Представленные в 1920-х годах «динамические громкоговорители» компании Magnavox, обеспечили возможность развития аудиотехники. Эти динамики были очень похожи на те, что выпускаются сейчас, и так же состояли из бумажного диффузора, звуковой катушки и магнита. Так как достаточно эффективных постоянных магнитов на тот момент еще не было, большинство динамиков до конца 1940-х годов оснащались электромагнитами.
Первое крупное применение усилители звука нашли на радио, а к концу 1920-х началу 1930-х были изобретены, так называемые «говорящие картинки» (первое кино с синхронизированным звуком) , всего за несколько лет ставшие популярными во всем мире. Усилители звука того времени имели размеры, определяющие сферу их применения - звуковые системы для кинотеатров. Так как усилители играли важную роль и в телефонии, для обеспечения большей дальности и качества связи, работой в этой области занимались компании Western Electric и AT&T. Western Electric производила оборудование для телефонных компаний, так и для кинотеатров и других сфер применения. AT&T инвестировала гигантские суммы в создание инфраструктуры ретрансляторов и повторителей, а в середине 1930-х прокладку под водой кабелей соединяющих континенты. Один из ведущих исследовательских институтов США Bell Laboratories (названный в честь ученого изобретателя телефона Александра Бэлла) зарегистрировал множество патентов в звукоусилении, которые действовали до 1950-х годов.
Еще одной компанией, которая серьезно занималась звукоусилением, была RCA, которая сконцентрировала свои усилия в развлекательной сфере, домашних усилителях, радио, телевидение и кинотеатрах.Вторая мировая война переориентировала производителей на выполнение нужд военных, продуктами научного прорыва в электротехнике стало изобретение радара, сонара, электронных компьютеров.
В 1936-1937 году RCA Labs разработали легендарную лампу 6L6, а годом позже её «младшую сестру» 6V6, стоит отметить тот факт, что эти лампы производятся и по сей день, трудно найти не потерявший актуальность электротехнический прибор, который имел бы такую долгую историю. Не смотря на то, что 6L6 пережила множество модификаций, 6L6GC остается, пожалуй, самой популярной лампой в мире звукоусиливающей аппаратуры!
Большая часть Европы после Второй мировой войны была занята реконструкцией и восстановлением, несмотря на это Англия существенно опередила США в мире «hi-fi» звука. Множество инноваций в «hi-fi» звуке (а позже и стерео), динамиках пришли к нам из Англии. До начала 1950-х U.K. практически нечего было противопоставить CША, Американская 6L6 полностью доминировала на рынке домашних усилителей мощности. Однако в Англии и других Европейских странах, всё равно оставался значительный спрос на лампы мощностью 10-15 ватт, а так же их более мощных коллег на 30-50вт.
Компания Philips (одно из её подразделений) была первой в Европе, разработавшей лампу аналогичную американской 6L6, которая на тот момент уже прошла ряд модификаций и именовалась 6L6GB. По техническим параметрам новая EL34 была даже лучше, чем 6L6, однако из-за конструктивных особенностей, обладала большим «микрофонным эффектом» (реакцией на колебания), область её применения не подразумевала серьезные вибронагрузки. Проще говоря, EL34 была лучше с электрической стороны, но с механической, уступала почтенной 6L6. Точно так же как за 6L6 последовала 6V6, вслед за EL34 появилась EL84. В настоящее время как Английские, так и Американские усилители оснащают EL34/EL84 и многие считают их звучание лучше Американских прародителей.
Как работает лампа
Катод (на схеме cathode - катод и heater - нагреватель)
В настоящее время распространены два типа катода, элемента генерирующего электроны (этот процесс называют эмиссией, то есть эмиссия электронов на катоде).
1. Нить из торированного вольфрама, по сути это та же вольфрамовая нить, что и в обыкновенной лампочке накаливания, только с добавлением в вольфрам небольшого количества редкоземельного метала «тория», который образует с ним сплав. Когда нить разогревается до рабочих температур (около 2000 градусов, желтовато-белое свечение), «торий» начинает генерировать электроны (термоэлектронная эмиссия – эмиссия под действием температуры). Добавляют его, потому что с ним этот процесс протекает значительно «лучше», если бы нить была просто из вольфрама. Практически во всех лампах большой мощности, применяемых в радиопередатчиках, используется подобный тип катода, так же он находит применения лампах, которыми оснащают некоторые «hi fi» системы. Преимущество данного решения в том, что катод может работать долгое время без значительных ухудшений характеристик и хорошо выдерживает высокое напряжение. Подобные катоды называют «катод прямого накала» - нить накаливания и катод совмещены в одном элементе.
2. Для другого типа катода, используют покрытие оксидами (оксидирование), это может быть, например смесь оксида бария или стронция. Конструктивно такой катод может представлять собой туже вольфрамовую нить покрытую оксидами… или трубку из никеля, на внешнюю поверхность которого нанесен «эмиссионный слой», а внутри у которой располагается нить (спираль) накаливания – подобную конструкцию называют «катод косвенного накала» - нить накаливания и сам катод представляют собой разные элементы. Такой катод (и оксидная пленка на нем) в работающей лампе нагревается до 1000 градусов (характерное «оранжевое» свечение). Так как покрытие из оксидов работает значительно эффективней, чем вольфрам с торием, катоды данного типа используются в компактных лампах, которые устанавливают в большинстве звуковых усилителей. Недостатками являются чувствительность к высокому напряжению и постепенное «загрязнение» катода ионами кислорода (практически полного вакуума в колбе лампы достичь невозможно), что приводит к постепенному сокращению эмиссии электронов.
Время жизни (срок её эксплуатации) лампы в основном определяется именно катодом, состоянием его эмиссионного слоя – способности к эмиссии – генерированию электронов. А время жизни катода зависит от нескольких факторов, таких как температура, качество вакуума в колбе и химической чистотой используемых материалов.
• Температура является важным показателем, влияющим на время «жизни» лампы. Она зависит от напряжения на нагревательном элементе или непосредственно на катоде в случае его прямого накала. Если температура значительно ниже рекомендованной (меньше напряжение накала) срок работы лампы сократится, слишком высокая температура (напряжение накала выше), так же негативно скажется на сроке эксплуатации. Хотя есть ряд исследований, которые показывают, что снижение напряжения на 20% незначительно отражается на электронной эмиссии катода и может серьезно продлить срок службы лампы работающей со слабыми сигналами (снижение напряжение накала у ламп в усилителе мощности, снизит отдачу с ламп). Подобные эксперименты не рекомендуются конечным пользователям и остаются прерогативой производителей и технических специалистов.
• Мировой рекорд по длительности работы принадлежит лампе мощности тетроду с катодом прямого накала из торированного вольфрама, она проработала в радиопередатчике 10 лет, то есть в общей сложности более чем 80 000 часов. Когда её заменили, она все еще сохраняла рабочие параметры. Для сравнения типичная лампа мощности с оксидированным катодом косвенного накала, скажем EL34, работает 1500-2000 часов, SV300B c катодом прямого накала - оксидированной нитью, в среднем работает 4000-10000 часов.
Реальное время работы определяется совокупностью множества факторов и зависит так же от режимов работы лампы, поэтому можно говорить лишь об оценочных показателях.
Анод (на схеме plate)
Анод (anode или plate) это электрод на котором «снимают» выходной сигнал. В процессе работы лампы анод непрерывно бомбардируют электроны, что приводит к его сильному разогреву. Особенно «горячими» аноды бывают в лампах мощности, поэтому конструкция анода специально разрабатывается, чтобы он мог отводить (излучать) тепло через стеклянную колбу в окружающую среду (в большинстве маломощных ламп используются внутренние аноды), принудительно охлаждают его сжатым воздухом или используют жидкостное охлаждение (подобное встречается в больших метало-керамических лампах).
Анод чаще всего выполняет три функции:
• собирает основную массу электронов вылетевших из катода и обеспечивает анодный ток.
• рассеивает тепло, полученное в результате бомбардировки электронами его поверхности (кинетическая энергия электронов превращается при ударе в тепло).
• анод обычно «выжигает» ионы, которые так же образуются в процессе работы лампы и «загрязняют» катод
Материал, из которого изготавливают анод, зависит от типа лампы и её производителя. В большинстве ламп применяются такие материалы как: молибден, тантал, графит и другие высокотемпературные материалы, которые должны быть механически и электрически стабильными, даже при воздействии очень высоких температур.
Основной причиной выхода из строя ламп в стеклянных колбах является наличие в них остатков газов, которые остаются в ней, из-за недоброкачественно проведённых производственных процессов или выделившихся из материалов электродов, либо проникающих их атмосферы при некачественной герметизации лампы.
Внутренние аноды ламп повышенной мощности, практически всегда, покрывают специальным материалом «геттером», который как губка втягивает молекулы любого газа оставшегося в баллоне лампы. Последнее необходимо, так как остатки газа способствуют появлению положительных ионов, которые укорачивают “жизнь” ламп. Совсем небольшая примесь газа сильно уменьшает величину напряжения, необходимого для электрического пробоя лампы (а значит выхода её из строя).
Наиболее часто применяемый для «геттеризации» материал – цирконий. Цирконий лучше всего “работает” при температуре около 1000 градусов, при разных температурах цирконий сам освобождает некоторые газы и поглощает другие. Изменяющаяся температура циркониевого покрытия на протяжении длины массивного анода (и при нагреве и остывании анода) позволяет поглощать большое количество различных газов, то есть происходит самоочищение лампы.
[продолжение следует]
Размещение рекламы