pogorily (pogorily) wrote,
pogorily
pogorily

Categories:

Электронные лампы, часть 23

Данная запись является дополнением к серии постов 2007 года об электронных лампах СССР.
Заглавная запись и ссылки на все посты серии http://pogorily.livejournal.com/42344.html
Здесь я хочу осветить довоенные лампы, что ранее было сделано весьма сжато.

Вначале некоторые общие соображения, кратко (подробнее см. в первых постах по ссылке).

Катоды.
В довоенных лампах применялись следующие разновидности катодов:
1. Вольфрамовый. Работает при высокой температуре, ярко светится (почти как в осветительных лампах накаливания), малоэкономичен (от 2 до 10 миллиампер на ватт). Долговечность определяется испарением вольфрама, нить становится тоньше и в конце концов перегорает. При недокале долговечность резко возрастает, но падает эмиссия. При перекале - наоборот, растет эмиссия, но резко падает долговечность.
2. Торированный. Нить изготовлена из вольфрама с примесью (2-5%) окиси тория. При работе на поверхности вольфрама образуется одноатомный слой тория, что значительно повышает эмиссию и позволяет снизить температуру катода. Примерно в 10 раз экономичнее вольфрамового катода (в маломощных лампах). Одноатомный слой тория находится в динамическом равновесии - торий испаряется и пополняется за счет диффузии из глубины катода. Долговечность определяется снижением эмиссии из-за нарушения одноатомного слоя тория, по причине исчерпания тория или ухудшения его диффузии к поверхности из-за изменения структуры металла.
3. Торированный карбидированный. Торированная нить накаливается в парах нафталина, при этом на ее поверхности образуется слой карбида вольфрама. На карбиде вольфрама торий держится крепче, чем на вольфраме, поэтому можно поднять температуру и тем самым увеличить эмиссию. Тонкие нити карбидировать нельзя, т.к. они полностью превращаются в карбид, который очень хрупок и рассыпается при довольно малых механических воздействиях.Поэтому у карбидированных катодов ток накала не менее двух третей ампера.
4. Оксидный. Нить (вольфрамовая, а первоначально, в ранних оксидных катодах, платиновая) покрыта слоем смеси окисей бария, стронция и кальция. На поверхности окисла образуется одноатомный слой бария, который и является эмиттером электронов. Работает при довольно низких температурах, экономичнее всех вышеописанных. Может быть сделан косвенного накала - внутри трубки (обычно никелевой), покрытой оксидом, находится изолированная от нее вольфрамовая нить накаливания, греющая катод. Другие типы катодов сделать с косвенным накалом нельзя, т.к. температура нити накала выше, чем поверхности катода, вольфрам и изолятор не выдержат такой температуры.
5. Бариевый. Разновидность оксидного катода, отличающаяся технологией изготовления. Барий испаряется внутри лампы (во время откачки из нее воздуха) и оседает на нити накала. При этом он окисляется остатками кислорода воздуха, и образуется, как и в оксидном катоде, слой окиси с одноатомной пленкой бария на поверхности. Бариевые катоды могут быть только прямого накала. Первоначально бариевые катоды были экономичнее оксидных, но по мере прогресса техноло7гии оксидные стали во всех отношениях лучше бариевых.

Сетки.
Сетки в довоенных лампах изготовлялись в основном из молибденовой проволоки. Применялась также вольфрамовая проволока (она может быть тоньше молибденовой).

Анод.
Аноды ламп изготовлялись из никеля, а у более мощных - из молибдена или тантала.
Мощность с анода отводится путем лучеиспускания и определяется предельной температурой анода. Никель позволяет отводить до 1,5 Вт с квадратного сантиметра, молибден - до 5 ватт, тантал - до 8 ватт (при этом он светится светло-желтым светом).
Поскольку температура анода должна быть заметно ниже температуры катода (чтобы не было перегрева катода тепловым излучением с анода), в лампах с оксидным катодом применяются только никелевые аноды, с более горячим торированным - могут быть и молибденовые, с карбидированным или вольфрамовым - и танталовые. Первоначально никель был с гладкой блестящей поверхностью, впоследствии стали делать черненые аноды, у них поверхность серая шероховатая, и они могут рассеивать больше тепла, чем гладкие не черненые (которые сохранились только у ламп с малой рассеиваемой мощностью).
Следует понимать, что с анода, окружающего все электроды лампы, должна отводиться не только выделяемая на аноде мощность, но и та, что на сетках и катоде.

Баллон лампы.
Баллоны у ламп были стеклянные, а с середины 1930-х годов и металлические. Стекло практически не пропускает инфракрасные лучи, поэтому баллон (хоть стеклянный, хоть металлический) поглощает всю выделяемую в лампе мощность, с него она отводится окружающим воздухом, в основном за счет конвекции. При этом баллон может довольно сильно нагреваться, до 200 - 300 градусов Цельсия, а порой и выше. При такой высокой температуре лак, покрывающий металлические баллоны ламп, выгорает, и из-за взаимодействия стали с содержащимися в воздухе парами воды образуется водород, который диффундирует через сталь баллона, ухудшая вакуум в лампе. По этой причине первоначально выпускавшиеся металлические лампы повышенной мощности (выходные и кенотроны) были переведены в стеклянные баллоны, а металлическими остались лишь лампы, рассеивавшие умеренную мощность.

Производители электронных ламп в довоенном СССР.
Их было три.
1. Ленинградский завод "Светлана". Полноценное производство, включавшее и конструкторское бюро (КБ), разрабатывавшее новые лампы, и опытное производство выпускавшее их малыми партиями (их и на заводе проверяли, чтобы определить, что получилось, и отсылали в Центральную радиолабораторию, более подробно их проверявшую, и отправляли разработчикам радиоаппаратуры, чтобы к началу массового производства ламп была и использующая эти лампы аппаратура), и массовое производство, делавшее миллионы ламп в год.
2. Московский завод "Радиолампа". Имел слабое КБ, поэтому выпускал (массовыми тиражами) в основном разработанные "Светланой" лампы.
3. Нижегородская радиолаборатория. Выпускала малыми партиями лампы собственной разработки.

Первоначально выпускались только триоды. "Катодная лампа" (так тогда называли электронные лампы) и "триод" были практически синонимами. Настолько, что когда был выпущен кенотрон К2-Т, он был охарактеризован как "бессеточная лампа".

Система обозначений ламп.
До 1929 года никакой системы не было, называли как хотели. Например, Р-5 - реле тип пятый (тогда лампы могли называть и "пустотными реле"), К2-Т - кенотрон двуханодный с торированным катодом.
В 1929 году была введена система обозначений, близкая к той, какую использовала (в основном) в названиях своих ламп "Светлана". Ряд ламп, выпуск которых был продолжен при этой системе, были переназваны в соответствии с ней. Р-5 стала П-7, К2-Т - ВТ-14 и т.д.
По этой системе название состояло из следующих элементов:
1. Буква, отражавшая назначение лампы.
П - приемная (для регенеративных детекторов)
У - усилительная, в том числе для выходного каскада усилителей низкой частоты
В - выпрямительная (кенотрон)
С - специальная (все что не триоды с небольшим коэффициентом усиления или кенотроны)
2. Тип катода.
Нет буквы - вольфрамовый.
Т - торированный.
К - карбидированный.
О - оксидный.
Б - бариевый.
3. После дефиса - число-порядковый номер, причем нумерация была сквозная последовательная. То есть если есть УО-104, то следующей дается номер больше чем 104 (даже если она не У и не О).

Предварительное замечание, о накале ламп.
Питание накала всех тогдашних ламп было от батарей или аккумуляторов. Обязательно применялся реостат накала - переменный проволочный резистор небольшого сопротивления, на котором гасилось излишнее напряжение. По мере разряда напряжение батарей или аккумуляторов снижалось, что компенсировалось регулировкой реостата накала.

Триоды, выпущенные в 1922-1930 годах.
В начале - название лампы (по системе 1929 года, если оно было).
Uf - напряжение накала в вольтах, If - ток накала в миллиамперах, Ug - напряжени е сетки в вольтах (Ug1, Ug2 - для многосеточных ламп), Ia - ток анода в миллиамперах, S - крутизна в мА/В, Pa - предельная мощность на аноде в ваттах, Po - выходная мощность, которую можно получить от этой лампы, kosv - лампа косвенного накала.
П-7 Uf=3,6 If=650 Ua=80 Ug=0 Ia=1,6 S=0,33 u=10 Pa=0,5 (по другим сведениям 2 ватта)
ПТ-2 Uf=3,6 If=66 Ua=80 Ug=0 Ia=1,6 S=0,4 u=11 Pa=0,3
СТ-6 Uf=3,6 If=80 Ua=16 Ugk=8 Ug=-2 Ia=1,6 S=0,7 u=4
ТВ Uf=2,2 If=40 Ua=12 Ug=0 Ia=0,2 S=0,125 u=10
СТ-19 Uf=2,2 If=250 Ua=200 Ug=-2 Ia=2 S=0,3 u=27
УТ-16 Uf=2,2 If=250 Ua=250-350 S=0,5 u=20
УТ-1 Uf=3,6 If=600 Ua=250 S=0,6 u=4
УТ-15 (МУЛ-5) Uf=4,8 If=750 Ua=280 S=1,5 u=9 Pa=3,5
ТО-4 Uf=1,5 If=1100 Ua=260 S=0,8 u=15
ТО-76 Uf=1,0 If=1200 Ua=260 S=0,75 u=13
ПО-23(Микрокс) Uf=1,0 If=200 Ua=60-80 S=0,5 u=6,5
УТ-40 Uf=3,6 If=170 Ua=140 S=0,95 u=10
УО-3 Uf=3,6 If=280 Ua=140-160 Ug=-5 Ia=10 S=1,4 u=10
ПО-74 (kosv) Uf=1,3 If=1800 Ua=120 Ug=-2 Ia=8 S=0,9 u=10
СТ-83 Uf=3,6 If=75 Ua=200 S=0,4 u=30
НТ-79 Uf=3,6 If=600 Ua=160 S=2 u=9,5
УК-30 Uf=5,6 If=820 Ua=400 Ug=-15 Ia=20 S=1,55 u=10 Pa=8 Po=0,8
УК-33 Uf=11 If=2400 Ua=750 S=3,8 u=8 Pa=120
УК-34 Uf=5,6 If=860 Ua=600 S=1,5 u=12 Pa=20

Кенотрон. Iвып - выпрямленный ток, миллиампер.
ВТ-14 Uf=3,5 If=520 Iвып=20 Pa=2,5

П-7 (первоначальное название Р-5) - первая серийная советская лампа. Выпущена "по французскому образцу" в 1922 г.
После того, как были выпущены лампы с лучшими параметрами, не снята с производства, а использовалась в измерительной и лабораторной аппаратуре (в том числе в ламповых вольтметрах), поскольку отличалась стабильностью (при питании от аккумуляторов большой емкости) - ее чисто вольфрамовый катод имел куда более стабильную эмиссию, чем ториевые и оксидные, чья эмиссия определяется состоянием тончайшего одноатомного слоя тория или бария.
Предельная рассеиваемая на аноде мощность 2 ватта - для "обычных" схем, 0,5 ватт - для измерительных схем, где требовалась высокая стабильность параметров.

ПТ-2, первоначальное название "Микро", за малый, в 10 раз меньше, чем у Р-5, ток накала. Выпущена в 1923 г. Также выпускалась под названиями ПТ-20 и ЭТ. По параметрам очень близка к Р-5, эти лампы были взаимозаменяемы, в большинстве схем единственное отличие - в токе накала. Снята с производства в 1931 году, когда начали выпуск УБ-107, аналогичного назначения, но превосходившей ее по параметрам.

СТ-6, известная также как "Микро-ДС", МДС или "двухсетка". Имела катодную сетку между управляющей сеткой и катодом. На катодную сетку подавалось положительное напряжение, за счет чего увеличивался анодный ток. По этой причине, а также вследствие малого коэффициента усиления, могла работать при очень низких анодных напряжениях. Не только при номинальном анодном напряжении 16 вольт, но и при более низком, и даже вообще без анодной батареи, катодная сетка и анодная нагрузка подключались к положительному полюсу батареи накала, и при таком включении можно было сделать регенеративный приемник, работавший на наушники.
Эта лампа была настоящим "полем для экспериментов". Можно было завести положительную обратную связь в регенеративном приемнике не с анода, а с катодной сетки, при этом не надо было "переворачивать фазу" - напряжение в цепи катодной сетки имеет ту же полярность, что напряжение на управляющей сетке. Можно было сделать двухтактный усилитель низкой частоты (или высокочастотный генератор) на одной лампе, используя то, что при росте напряжения на управляющей сетке ток анода растет, а ток катодной сетки падает. Можно было "перевернуть сетки" - использовать катодную сетку как управляющую, а на управляющую подать положительное напряжение - получался плохонький, но тетрод, с коэффициентом усиления около 50, что позволяло строить каскады с более высоким усилением, чем на Р-5 или "микро". Но по большому счету все это были игрушки, качество работы было хуже, чем на Р-5 или "микро" при наличии высоковольтного (порядка 100 вольт) анодного питания.

ТВ или "малютка" - лампа Нижегородской радиолаборатории. Очень экономичная, но с плохими параметрами. Предназначена для "микродина" - регенеративного детектора с анодным детектированием (т.е. детектированием на нелинейности анодно-сеточной характеристики). Приемник получался очень простой (в частности, вообще без резисторов, кроме реостата накала, а резисторы тогда не выпускались серийно, самодельные же были громоздкие и низкокачественные) и экономичный, но гораздо хуже чем полноценный с сеточным детектированием и напряжением анодного питания хотя бы 40 вольт на "Микро". Для других схем эта лампа была непригодна.

В 1926 году были выпущены кенотрон К2-Т (ВТ-14) и лампы для выходных каскадов усилителей низкой частоты УТ-1 и УТ-15.
К этому времени уже стали применять вместо анодных батарей выпрямители (с трансформатором) для получения напряжения порядка 100 вольт от сети переменного тока. В них использовали в качестве кенотронов, поскольку ничего лучшего не было, лампы Р-5 с соединенными анодом и сеткой и накалом переменным током от того же трансформатора. Получить от такого выпрямителя (двухполупериодного со средней точкой) ток более 3-4 миллиампер можно было только форсируя лампы по накалу (что резко снижало их долговечность) или включая несколько ламп впараллель. Двуханодный кенотрон К2-Т с его выпрямленным током до 20 миллиампер был значительным шагом вперед по сравнению с применением Р-5 как кенотронов.
До появления ламп УТ-1 и УТ-15 приходилось в выходном каскаде усилителя низкой частоты применять несколько включенных впараллель Р-5, форсируя их и по накалу, и по анодном напряжению (что негативно влияло на срок службы), чтобы получить, как тогда говорили, "громкоговорение", т.е. работу на громкоговоритель, обеспечивавшую озвучивание хотя бы небольшой комнаты. Громкоговорители тогда были не динамические, а электромагнитные, с гораздо более низким качеством звука, но в несколько раз более чувствительные, чем динамические. Еще повышало громкость использование рупора к громкоговорителю. Тем не менее и десятки милливатт, нужные для такого громкоговорителя, тогда получить было проблемой.
УТ-1, обеспечивавшая, как тогда писали, "негромкое громкоговорение" (милливатт 10) и более мощная (до 30 милливатт выходной мощности) УТ-16 (МУЛ-5), улучшили ситуацию.
Неприятной особенностью УТ-15 было повышенное (4,8 вольт) напряжение накала, что не позволяло питать накал всех ламп приемника от одной батареи. Батареи были свинцовые, с напряжением в конце разряда не более 2 вольт на элемент. Для Р-5, "микро" и МДС хватало батареи из двух свинцовых аккумуляторов, а для УТ-15 нужно было три. Это, конечно, было неудобно - либо ставить две батареи, либо терять мощность на реостатах накала, понижающих напряжение до нужного для маломощных ламп.

СТ-19 (первоначальное название ПТ-19) - лампа с повышенным коэффициентом усиления и высоковольтным питанием, использовалась в усилителях низкой частоты на резисторах. В основном тогда использовались усилители низкой частоты с трансформаторной связью (трансформаторы были доступнее резисторов), но они давали большие частотные искажения. СТ-19 была предназначена для усилителей более высокого качества. Высокое напряжение питания (около 200 вольт) было недостатком в обычных приемниках, где в основном использовали батареи на напряжение около 100 вольт, но в усилителях повышенной выходной мощности это не было проблемой - высокое напряжение в них имелось, для питания выходного каскада. Недостаток лампы - нестандартное (2,2 вольта) напряжение накала. Довольно высокий ток накала проблемой не было - накал мощных ламп потреблял гораздо больше.

УТ-16 - универсальная лампа с меньшим коэффициентом усиления, чем у СТ-19, и таким же катодным узлом и тем же током и напряжением накала. Могла применяться в приемниках при наличии высоковольтного анодного напряжения, широкого распространения не получила.

ТО-4 и ее модернизированный вариант ТО-76 - первые лампы с оксидным катодом. Выпускались для почтово-телеграфного ведомства, использовались в междугородной телефонной связи. Затухание сигнала в междугородных телефонных линиях было очень большое (особенно при расстояниях в тысячи километров). Усилители на этих лампах позволяли улучшить слышимость. Дешевизной эти лампы не отличались, так как использовали оксидный катод на платиновой нити, а платина драгоценный металл. Да и тогдашняя технология оксидных катодов была сложной и дорогой.

Здесь надо сделать отступление и рассказать о тогдашних радиоприемниках (радиоприемники - место работы почти всех тогдашних радиоламп), иначе будет непонятно дальнейшее.
Ламповые радиоприемники тех времен - это почти всегда приемники прямого усиления с регенеративным детектором. Были и супергетеродины, но они составляли ничтожную часть от общего парка радиоприемников. Структура регенеративного приемника обозначалась как N-V-M, где N- ичло каскадов усиления высокой частоты, V - детектор, M - число каскадов усиления низкой частоты. Например, 1-V-2 - приемник с одним каскадом усиления высокой частоты и двумя каскадами усиления низкой частоты. 0-V-0 - это были простейшие приемники на одной лампе, дававшие тихий прием даже на наушники. Кроме того, регенеративный детектор часто излучал (т.к. малейшее усиление обратной связи сверх порога генерации - и детектор генерирует на высокой частоте, а при приеме телеграфных незатухающих колебаний генерация была обязательна, детектор работал как смеситель с совмещенным гетеродином, сигнал разностной частоты был слышен в наушниках), это излучение мешало другим приемникам. Поэтому были типичны 1-V-1 для приема на наушники (усилитель ВЧ прежде всего ослаблял излучение в антенну, одного каскада усиления НЧ было достаточно для наушников) или 1-V-2 для громкоговорящего приема.
В конце 1920-х годов, когда выпрямители для питания анодной цепи получили распространение, возникло сильное желание питать от сети и цепи накала. Это гораздо дешевле и удобнее, чем питать их от аккумуляторов (да и свинцово-кислотные аккумуляторы в жилой комнате - совсем не радость) или батарей. И выяснилось, что питать переменным током (от обмотки со средней точкой) усилители и высокой и низкой частоты можно, фон переменного тока на выходе при этом приемлемый, чему способствуют и низкая чувствительность уха к частотам 50 или 100 герц, и плохая отдача тогдашних громкоговорителей и телефонов на этих частотах. А вот с регенеративным детектором получился облом. Малая тепловая инерция нити накала приводит к тому, что температура нити и, как следствие, крутизна лампы колеблется с частотой 100 герц. А у усилителя с положительной обратной связью усиление равно K/(1-K*b) где K - коэффициент усиления без обратной связи, b - коэффициент обратной связи. При K*b бизком к единице, т.е. значительном увеличении усиления за счет обратной связи, малые колебания K усиливаются во столько же раз. То есть, например, если K меняется на 0,1% (что само по себе малозаметно), при 1/(1-K*b)=100, т.е. увеличении усиления обратной связью в 100 раз, получатся колебания усиления в 10%, т.е. сильная модуляция принимаемого сигнала частотой 100 герц. Слушать такое можно только по необходимости (радист-профессионал, ведущий связь), а удовольствия от прослушивания радиопередач в таком виде никакого. Поэтому доля терпимого качества приходилось при питании накала детекторной лампы переменным током значительно ослаблять обратную связь, теряя в чувствительности и лишаясь возможности слушать дальние станции.
Понятно, что в такой ситуации очень ценились лампы с толстой нитью накала, т.е. большим током накала и малым напряжением накала - у них больше тепловая инерция катода. И лампы ТО-4 и ТО-76 с их огромным током накала были весьма популярны в качестве детекторных при питании накала переменным током, несмотря на такой их недостаток, как дороговизна. Зато накал их обходится дешево, от сети переменного тока, а не батарей. Также они неплохо работали в выходном каскаде усилителя низкой частоты, давая довольно большую мощность.

ПО-23(Микрокс) - у нее тоже довольно большой ток накала, 200 миллиампер. Работала в детекторе при питании накала переменным током удовлетворительно. Кроме того, эта лампа была очень хороша в выходном каскаде усилителя низкой частоты для "негромкого громкоговорения".

УТ-40 - лампа для выходных каскадов усиления низкой частоты в устройствах, питаемых от батарей. По выходной мощности близка к УТ-1, будучи в 4 раза экономичнее по накалу.

УО-3 - выходная лампа, по выходной мощности лучше УТ-15, мощность около 50 милливатт.

ПО-74 - лампа косвенного накала. В качестве изолятора в ней использовался керамический цилиндрик с двумя продольными отверстиями, в которые пропущена нить накала. Нить, таким образом, получалась короткая и, чтобы дать нужную мощность накала, толстая. Отсюда большой ток накала при низком напряжении. Предназначена для работы при питании накала переменным током, в первую очередь как детекторная. И-за огромной тепловой инерции катода косвенного накала изоляции накала от катода такой детектор работал не хуже, чем при накале постоянным током. Могла использоваться и как выходная, давая мощность примерно как УТ-15.

СТ-83 - лампа с большим коэффициентом усиления, отличающаяся от СТ-19 обычными (как у Микро) напряжением и током накала, что делало ее гораздо удобнее в применении. Могла использоваться (как и СТ-19) в усилителе высокой частоты с нейтрализацией проходной емкости, значительно превосходя по усилению "Микро".

НТ-79 - триод для выходных каскадов усиления низкой частоты. Представляет собой два триода в одном баллоне, все выводы их соединены впараллель. За счет этого - уникально высокая для тех времен крутизна 2 мА/В и увеличенная выходная мощность.

УК-30 - модернизация УТ-15. За счет замены торированного катода на карбидированный (при тех же длине и диаметре нити - ток и напряжение накала возросли от повышения температуры катода), большей стойкости к повышенным анодным напряжениям (карбидированный катод меньше боится бомбардировки ионами высокой энергии, т.к. торий держится крепче) и увеличенной мощности на аноде наконец-то позволила перейти от десятков миллливатт выходной мощности к долям ватта. Могла выдавать до 0,7 ватта выходной мощности, что позволяет обеспечить громкоговорящий прием не на электромагнитный телефон с рупором, а на дающий гораздо более качественный звук динамический громкоговоритель. Ее недостатки - нестандартное (5,6 В) напряжение накала и довольно низкая долговечность. По паспорту срок службы 150 часов, хотя для ПТ-2 и П-7 - 500 часов. Фактически также отличалась не слишком высокой долговечностью. Помимо основного назначения - мощного усиления низкой частоты - могла использоваться и как генераторная лампа, выдавая до 10 ватт высокочастотной мощности.

УК-33 и УК-34 - мощные выходные лампы, не пошедшие в массовое производство. На основе УК-34 была сделана (заменой сетки на более густую, что повысило коэффициент усиления) генераторная лампа ГК-20, нашедшая довольно широкое применение.

Перечисленные выше лампы от ТО-4 до УК-34 были выпущены в 1929-1930 годах и выпускались недолго - вскоре произошла замена их на выпущенные в соответствии со "стандартом ламп", принятым в 1931 году.

Продолжение следует.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 28 comments