|
|
В каждом современном
радиоприемнике или телевизоре работают электронные лампы. Каждая из них
потребляет от источника питания анодный ток.
Чем определяется величина этого тока?
Вопрос как будто нетрудный. Величина тока в цепи равна
величине подведенного к ней напряжения, деленной на величину сопротивления
цепи. Если к электронной лампе подвести, допустим, сто вольт, приложив плюс к
аноду, а минус к катоду, то через лампу потечет ток, величина которого
определится сопротивлением лампы.
Но тут-то нас и подстерегают неожиданные трудности. В
самом деле, о каком сопротивлении лампы может идти речь. Пространство между
катодом и анодом лампы пусто, из него выкачан воздух. Пустота является
великолепным изолятором: сопротивление пустоты равно бесконечности.
Это возражение звучит веско, но мы найдем, что ответить на
него. Действительно, омметр, присоединенный к аноду и катоду лампы с
ненакаленным катодом, покажет бесконечность. Ток, приводящий в движение
стрелку омметра, не может пройти через пустоту. Но это не значит, что пустота
— изолятор. Изолятором мы называем такую среду, в которой электрические
заряды не могут перемещаться, в вакууме же они как раз движутся, не встречая
никакого сопротивления. Наш опыт с омметром дал отрицательные результаты не
потому, что электрические заряды йе могли двигаться в пустоте, а потому что в
этой пустоте не было зарядов, там нечему было двигаться. Сама же по себе
пустота является не идеальным изолятором, а наоборот, идеальным проводником.
Заряды, находящиеся в пустоте, движутся, не встречая никакого сопротивления.
Надо только помочь зарядам проникнуть в пустоту с некоторой скоростью.
Накаливая катод, мы это и делаем. Мы выталкиваем заряды — в данном случае
электроны — из катода в пустоту, а дальше они несутся, не испытывая
сопротивления.
Пожалуй, нам удалось опровергнуть версию об изоляционных
свойствах пустоты и доказать, что она представляет собой сверхпроводник, не
имеющий сопротивления, но ... от этого не стало легче. Если пустота —
изолятор, то ток через лампу не потечет; если же пустота не оказывает
движению зарядов никакого сопротивления, то при присоединении к лампе батареи
в цепи должен установиться ток, величина которого определится •только
электродвижущей силой батареи и ее внутренним сопротивлением. Другими
словами, при присоединении к батарее лампы через нее должен течь ток, равный
по величине току короткого замыкания батареи. Если наша батарея —
аккумулятор, то в цепи может возникнуть ток в сотни и тысячи ампер.
Но мы знаем, что этого -не происходит. Анодный ток
приемно-усилительных ламп измеряется миллиамперами или десятками миллиампер.
Это значит, что в лампе есть не учитываемое нами сопротивление, величиной в
тысячи или десятки тысяч омов.
Что же это за сопротивление и где оно скрывается?
Надо сказать прямо: никакого сопротивления в обычном
физическом смысле, т. е. никакого «омического» сопротивления у лампы нет.
Электрическим сопротивлением называется сопротивление среды движению
электрических зарядов. Такого сопротивления у лампы нет (мы, разумеется,
пренебрегаем сопротивлением штырьков, вводных проводничков, катода и материала
анода). Причины, определяющие величину тока в цепи лампы, не имеют ничего
общего с тем сопротивлением, которое определяет ток в формуле Ома для
токов в проводниках.
Величина тока определяется, как известно, количеством
электронов, проходящих в течение секунды через поперечное сечение проводника.
В металлических и иных проводниках в образовании тока принимают участие все
имеющиеся в них электроны (или другие электрические заряды). Ведь
электрический ток возникает в проводнике в результате появления электрического
поля, которое воздействует на все без исключения электрические заряды.
Поэтому величина тока зависит только от скорости движения электронов: чем
интенсивнее поле, (определяемое числом вольт на сантиметр), тем быстрее будут
двигаться электроны и тем, следовательно, больше их будет проходить в течение
секунды через поперечное сечение проводника. Совершенно естественно, что при
этом через любое сечение цепи проходит одинаковое количество электронов — ток
одинаков в любом участке цепи.
Иначе обстоит дело в цепи электронной лампы. Здесь
есть участок—грань между катодом и внутриламповым пространством, через
которую может пройти только такое количество электронов, которое определяется
эмиссионными способностями катода и его температурой. Если в образовании
анодного тока принимают участие все излучаемые катодом электроны, то
дальнейшее увеличение анодного тока невозможно. Можно повышать анодное
напряжение, но анодный ток от этого не увеличится. С точки зрения закона Ома
нам придется констатировать, что вместе с увеличением напряжения возрастает и
сопротивление лампы, вследствие чего величина тока остается постоянной. Но
это будет ложное представление, поскольку величина тока в цепи лампы
определяется в данном случае не ее сопротивлением, а эмиссией катода.
В действительных условиях работы лампы вся эмиссия катода
не используется; фактический анодный ток лампы бывает меньше тока эмиссии
катода. Излучаемые катодом электроны образуют электронное «облачко», имеющее
отрицательный заряд и отталкивающее обратно к катоду те из вылетающих из него
электронов, которые обладают малой скоростью. Величина анодного тока зависит
от интенсивности этого пространственного заряда, она зависит от знака и
величины напряжения на управ-
ляющей сетке и других сетках лампы. Увеличивая
отрицательное напряжение на управляющей сетке, мы тем самым уменьшаем анодный
ток. Внешне это воспринимается как увеличение сопротивления лампы.
Таким образом, у электронной лампы нет сопротивления в
обычном понимании этого слова, сопротивления, обусловливаемого физическими
свойствами проводника электрического тока. Наибольшая величина анодного тока
определяется эмиссией катода, а в пределах, ограниченных эмиссией катода,
величина тока определяется рядом причин: конструкцией лампы, напряжением на
ее электродах и пр.
Для объяснения усилительных свойств электронной лампы
принято пользоваться сравнением с реле — устройством, которое приводится в
действие при затрате малой мощности, а само управляет цепями, в которых
действует много большая мощность.
Однако сравнение лампы с реле неудачно, так как работу
лампы нельзя свести к действиям простого реле, включающего и выключающего
цепь, и — что главное— оно никак не способствует пониманию смысла и значения
ламповых параметров.
Значительно понятнее.и гораздо ближе к действительности
сравнение электронной лампы с переменным сопротивлением.
Электрическаяцепь усилительного каскада состоит из
источника тока, лампы и нагрузочного сопротивления (источник питания накала
лампы, как не имеющий принципиального значения, можно не принимать во
внимание). Величина тока, который устанавливается в этой цепи, зависит от
напряжения источника тока, сопротивления нагрузки и сопротивления лампы.
Это сопротивление лампы, как уже было показано (см. стр.
59),—особенное. Его физический смысл не тот же, что у проводниковых или
полупроводниковых сопротивлений. Сопротивление лампы определяется рядом
условий, от которых зависит величина тока, текущего через лампу при данном
подведенном к ней напряжении. Кроме того, сопротивление это — переменное. Его
величина в рабочих условиях зависит от потенциала управляющей сетки.
Увеличился отрицательный потенциал сетки — увеличилось и сопротивление лампы.
Текущий через нее ток в соответствии с этим уменьшился. Если отрицательный
потенциал сетки стал меньше или сделался положительным, то вместе с этим
уменьшится и сопротивление лампы, вследствие чего текущий через нее ток
увеличится.
|