Н. И.
Катодная лампа1) может работать в качестве усилителя, детектора и источника (генератора, возбудителя) незатухающих электрических колебаний.
Действие катодной лампы основано на интересном явлении, которое в свое время было обнаружено Эдисоном. Оказывается, что всякий накаленный металл непрерывно выбрасывает, или, как говорят, "излучает" в окружающее пространство находящиеся в нем электроны, подобно тому, как нагретая вода "выбрасывает" из себя мельчайшие частицы воды в виде пара. На рис. 1 мы видим внутри лампы металлическую нить Н, концы которой присоединены к батарее Бн (батарея накала), питающей нить электрическим током. Раскаленная током нить непрерывно выбрасывает электроны, которые, отлетев на некоторое расстояние, возвращаются к ней обратно. Но нить выбрасывает все новые электроны: непрерывно двигаясь, они толпятся вокруг нити, окружая ее электронным облачком (рис. 1).
Рис. 1. Раскаленная нить излучает электроны
Недалеко от нити, внутри лампы, мы видим металлическую пластинку A — называемую анодом. Какова ее роль? Чтобы понять это, обратимся к рис. 2. Здесь имеется еще одна батарея Ба (анодная батарея), положительный полюс которой присоединен к аноду, а отрицательный — к нити. Будет ли эта батарея давать ток? На первый взгляд может показаться, что тока она давать не будет, ибо ее цепь разомкнута: действительно, внутри лампы нить не соединена с анодом; здесь нет непрерывной проволочной цепи, которая бы тянулась между полюсами Ба. Но если мы такой опыт произведем, мы увидим, что стрелка амперметра отклонится, а это указывает на то, что батарея Ба ток дает. Как же это происходит? Дело в том, что анод, присоединенный к положительному полюсу батареи, сам заряжается положительно. Всякое же положительно заряженное тело притягивает к себе свободные электроны. Следовательно, наш анод притягивает к себе электроны из электронного облачка, образовавшегося вокруг нити, накаленной током батареи накала Бн. Получается такая картина: под влиянием электродвижущей силы анодной батареи электроны от отрицательного полюса Ба устремляются по проводу через амперметр к нити, которая излучает их в облачко; здесь, попав под действие анода, они притягиваются к нему и дальше по проволоке возвращаются к положительному полюсу Ба. Таким образом, батарея Ба дает непрерывный ток, который движется по цепи: отрицательный полюс Ба — соединительный провод — амперметр — нить — пустота между нитью и анодом — анод — соединительный провод — положительный полюс (+) батареи Ба (эта цепь называется цепью анода). Если бы нить не накалялась батареей Бн, т.-е. если бы нить не излучала электроны, никакого тока в анодной цепи не было бы, ибо электроны в своем движении не могли бы пройти через пустое непроводящее пространство внутри лампы, между нитью и анодом.
Рис. 2. Положительно заряженный анод притягивает электроны
На рис. 3 батарея Ба присоединена отрицательным полюсом к аноду, а положительным к нити; нетрудно понять, что в этом случае тока в анодной цепи не будет. Отрицательно заряженный анод отталкивает от себя электроны облачка.
Рис. 3. Отрицательно заряженный анод отталкивает электроны
Из сказанного вытекает интересное свойство такой лампы: она пропускает ток только в том случае, когда анод заряжен положительно. Если поэтому на место батареи Ба включить какой-нибудь источник переменного тока, который (источник) попеременно заряжает анод то положительно то отрицательно, то ток будет проходить по анодной цепи только в те полупериоды, когда анод заряжен положительно, а в следующий полупериод, когда анод заряжается отрицательно и ток должен пройти в обратном направлении, — лампа этого тока не пропустит. Т. о. такая лампа обладает детектирующим, выпрямляющим свойством, как раз тем же свойством, каким обладает детектор: включеная в цепь переменного тока, она выпрямляет его, превращает его в ток, текущий в одном и том же направлении.
В прежнее время такие лампы с двумя электродами (нитью и анодом) применялись вместо детектора. Теперь их заменила более совершенная трех-электродная лампа (триоды). Двухэлектродные лампы (диоды) применяются и в настоящее время для выпрямления переменных токов в постоянный.
Рис. 4. Сетка заряжена положительно
На рис. 4 изображена трехэлектродная лампа; мы здесь видим кроме нити и анода еще металлическую сетку. Эта сетка обладает замечательным свойством: при помощи ее по желанию можно регулировать (т.-е. увеличивать, уменьшать или прекращать) поток электронов, несущихся к аноду, (а следовательно, и силу тока в цепи анода), подобно тому, как при помощи водопроводного крана можно изменять протекающий по трубе поток воды.
Когда нить накалена, а анодная батарея Ба включена так же, как на рис. 2, то в анодной цепи существует ток, ибо сетка не препятствует движению электронов от нити к аноду: электроны свободно проходят сквозь отверстия сетки. Если мы теперь каким-нибудь образм зарядим сетку положительно (на рис. 4 сетка получает положительный заряд от положительного полюса батареи Бс), то электроны будут испытывать кроме притягательного действия анода еще добавочное притяжение, вызванное положительным зарядом сетки. В этом случае сетка как бы помогает аноду притягивать этектроны. Подгоняемые этой добавочной силой электроны устремятся к аноду в гораздо большем количестве, ток в анодной цепи будет гораздо сильнее, чем в том случае, когда сетка не была бы заряжена положительно. И чем больше этот положительный заряд сетки (в случае рис. 4, чем больше напряжение батареи Бс) тем сильнее ток анодной цепи.
Рис 5. Сетка заряжена отрицательно.
Если же сетку зарядить отрицательно (рис. 5, где сетка присоединена к отрицательному полюсу батареи Бс), то она не только не будет "подталкивать" алектроны в их движении к аноду, а наоборот, ее отрицательный заряд отталкивает обратно к нити электроны, стремящиеся пройти к аноду. Отрицательный заряд сетки будет мешать аноду притягивать к себе электроны, и чем больше, этот отрицательный заряд (в случае рис. 5, чем больше напряжение батареи Бс), тем меньше электронов сможет прорваться к аноду и тем, следовательно, слабее будет ток в анодной цепи. При достаточно большом отрицательном напряжении, приложенном к сетке, движение электронов прекратится и тока в цепи анода не будет. Изменяя напряжение, к сетке, можно изменять ток в цепи анода.
Самое интересное это то, что ничтожнейшие изменения напряжения на сетке значительно изменяют силу анодного тока. Вот почему и оказалось возможным применить лампу в качестве усилителя.
Электрические колебания, получающиеся от приходящих волн в приемнике, передаются на сетку лампы, вызывая на ней изменения напряжения. Как мы уже знаем, эти изменения вызовут такие же, но более сильные изменения тока в анодной цепи, в которую включается телефон.
Каковы схемы усилителей, как работает лампа, в качестве детектора и источника колебаний, явится предметом других статей нашего журнала.
1) Рекомендуется предварительно прочитать статьи на стр. 73 и стр. 92 нашего журнала.
