Б. П. АСЕЕВ
Мы рассмотрели в первой части статьи те условия, которым должна удовлетворять нить генераторной лампы. Теперь мы перейдем к вопросу о том, какие требования должны быть предъявлены к аноду генераторной лампы, но предварительно рассмотрим баланс мощностей лампового генератора — вопрос о распределении мощности, развиваемой анодной батареей между отдельными частями генераторной схемы. Нетрудно вывести, что мощность, развиваемая анодной батареей (эту мощность обозначим Р0), поглощается двумя последовательно включенными потребителями: колебательным контуром LC и лампой Л (рис. 1). Обозначив мощность колебаний в контуре через P1 и мощность, теряемую в лампе, через Р2, можно написать баланс мощностей в следующем виде:
Нас сейчас интересует вопрос о мощности Р2, теряемой в лампе. Эта мощность, во-первых, зависит от отдачи генераторной схемы и, во-вторых, от мощности, развиваемой анодной батареей. Так, например, если мощность, развиваемая анодной батареей Р0 = 10 ватт и отдача 60%, то, следовательно, величина Р0 распределится так: 60%, или 6 ватт потратится на создание колебаний в контуре LC и 40% (4 ватта) потеряется в лампе. Если бы батарея развивала мощность Р0 = 100 ватт, то при той же отдаче колебательная мощность в контуре была бы 60 ватт и потери в лампе — 40 ватт.
Установив факт потери в генераторной лампе части мощности, развиваемой анодной батареей, перейдем к физической стороне явлений, сопутствующих этому.
Генераторная лампа выполняет роль клапана, пропускающего в соответствующие моменты импульсы анодного тока. Прохождение тока через лампу сопровождается известной потерей мощности совершенно так же, как это имеет место при течении тока по проводнику. Происходящие в лампе электрические процессы станут более ясными, если воспользоваться опять аналогией.
Предположим, имеются наковальня и молоток; проделаем с ними следующий опыт: возьмем молоток и начнем часто ударять им по наковальне. После некоторого промежутка времени прекратим удары и приложим руку к наковальне; при этом будет заметно, что наковальня несколько нагрелась.
Что же явилось причиной этого нагревания? Для получения тепловой энергии надо было, очевидно, затратить известное количество какой-то другой энергии. Источник этой энергии нетрудно найти. В самом деле, молоток до удара о наковальню двигался с определенной скоростью и, стало быть, обладал некоторой энергией движения; и вот, при ударе молотка о наковальню, движение его прекращается; вследствие этого энергия движения исчезает, превращаясь в тепловую. Этим превращением энергии и обусловливается нагревание наковальни. В данной аналогии следует обратить внимание еще на два весьма нужных нам в дальнейшем положения: нагревание наковальни будет тем значительнее, чем: а) больше скорость движения молотка и в) чем большее количество молотков ударяет по наковальне.
Применим нашу аналогию к генераторной лампе: под наковальней здесь следует подразумевать анод лампы и под молотками — электроны, летящие к аноду.
Электроны, двигающиеся к аноду с определенной скоростью, также обладают некоторой энергией движения; ударяясь об анод, они превращают свою энергию движения в тепловую, вследствие чего анод лампы разогревается.
Скорость движения электронов зависит от напряжения, приложенного к аноду: с повышением напряжения — скорость возрастает. В мощных генераторных лампах, где применяется высокое анодное напряжение и мощные импульсы анодного тока (большая скорость электронов и значительное их число, согласно аналогии — большое число молотков, движущихся с значительной скоростью), нагревание анода достигает значительной величины — анод нагревается докрасна, а иногда даже до темножелтого цвета.
Так как мощность, теряемая в лампе, производит разогревание анода, то ее часто называют мощностью, рассеиваемой на аноде. Каждый анод, понятно, может рассеять на своей поверхности без опасного перегрева лишь вполне определенную мощность, зависящую от следующих величин:
Материал анода определяет ту температуру, до которой возможно его нагревать. Наиболее распространенными материалами для изготовления анода являются — никель и молибден. Для первого температура максимального нагрева определяется в 1 200—1 300 абсолютных градусов и для второго — 1 500—1 600 абсолютных градусов (по абсолютной шкале нулем считается не точка замерзания воды, а температура в минус 273° по Цельсию).
Чтобы получить нагревание анода до указанной выше температуры, необходимо затратить вполне определенную электрическую мощность. Величину этой мощности обычно определяют по отношению к одному квадратному сантиметру поверхности анода. Так, для нагревания никелевого анода до 1 300° необходимо на каждом квадратном сантиметре его поверхности рассеять мощность в 1,66 ватта; при молибденовом аноде температура может быть повышена до 1 500°, что позволит рассеять на квадратный сантиметр 5,6 ватта.
Отметив максимальные температуры нагрева никеля и молибдена или соответствующее им рассеяние мощности на квадратный сантиметр, можно для каждой лампы определить максимально возможную мощность рассеяния на ее аноде.
Например, лампа типа Г-1 имеет никелевый анод длиной 2,2 см и диаметром 1,16 см. Поверхность цилиндрического анода, по известной формуле геометрии, равна:
Никель, как было указано выше, допускает рассеяние на кв. сантиметр 1,66 ватта; следовательно, на аноде лампы Г-1 можно максимально рассеять 1,66 × 11 = 18 ватт.
Рассмотрим еще пример: лампа типа Б-500 с молибденовым анодом длиной 10 см и диаметром 3,98 см.
Поверхность анода этой лампы: S = 3,14 · 10 · 3,98 = 124 см2.
Полагая рассеяние на кв. сантиметр анода, изготовленного из молибдена, 5,6 ватта, получаем максимально допустимую мощность рассеяния 700 ватт.
Практически часто пользуются несколько меньшими величинами рассеиваемой на аноде мощности. В.Э.Т.3.С.Т. для лампы Г-1 дает величину рассеяния на аноде 10 ватт или примерно 1 ватт на кв. сантиметр; для лампы Б-500 — 500 ватт или 4 ватта на кв. сантиметр.
Итак, в отношении конструкции анода генераторной лампы по сравнению с приемной имеется то отличие, что анод первой должен иметь более значительную поверхность, а следовательно и большие размеры.
Наконец, необходимо сказать несколько слов о размерах стеклянного баллона генераторной лампы. Естественно, размеры баллона должны быть больше таковых для приемной. Это в первую очередь вызывается большими размерами самих внутренних электродов лампы (анод, сетка, катод) и, кроме того, тем обстоятельством, что на аноде генераторной лампы рассеивается значительная мощность, вызывающая соответственное разогревание стекла баллона.
Считают желательным, чтобы поверхность стеклянного баллона в кв. сантиметрах была равна шестикратной или даже восьмикратной мощности рассеяния на аноде в ваттах. Практически, однако, берут величины несколько меньшие. Например, согласно этому условию поверхность стеклянного баллона лампы Б-500 должна быть равна 3 000—4 000 кв. см. Фактически же она примерно в два раза меньше.
Все изложенное выше показывает, что хотя генераторная лампа в принципе своего устройства подобна приемной, однако ее отдельные электроды имеют существенное отличие от таковых же приемной лампы.
Ввиду принципиальной «схожести», конечно, возможно приемную лампу использовать в качество генераторной и наоборот. При такой замене лампы работают. Однако, обращая внимание на качество работы, приходится заключить, что подобная замена нежелательна, а при мало-мальски значительных мощностях — недопустима.
Практически радиолюбителю, столкнувшемуся с постройкой передатчика, приходится рекомендовать следующее: а) при работе с мощностями ниже 10 ватт можно пользоваться мощными усилительными лампами УТ-1, УТ-15, так как на малые мощности В.Э.Т.З.С.Т. не выпущены генераторные лампы (если не считать ламп типа Ж, редко встречающихся в продаже и не обладающих резко выявленными «генераторными» свойствами); b) при работе с мощностями около 10 ватт и несколько выше — генераторные лампы В.Э.Т.З.С.Т. типа Г-1, соединяемые в случае надобности параллельно, и с) при значительном повышении мощности генераторные лампы В.Э.Т.З.С.Т. соответствующей марки.
В заключение приведем данные наиболее употребительных мощных усилительных ламп и маломощных генераторных.
| Тип лампы |
Матер. катода |
Напряж. накала |
Ток накала |
Ток эмиссии |
Матер. анода |
Матер. сетки |
Мощн. рассеяния на аноде |
Анодное напряжение |
| Ж-1 | Вольфр. | 4,1 в. | 0,83—0,9 амп. |
16—24 м. а. |
Никель | Молибден | 6 ватт | 400 в. |
| Ж-2 | Вольфр. | 4 в. | 0,83—0,97 амп. |
18—26 м. а. |
Никель | Молибден | 6 ватт | 400 в. |
| Г-1 | Вольфр. | 5,2 в. | 1,1—1,2 амп. |
50—70 м. а. |
Никель | Молибден | 10 ватт | 750 в. |
В последней таблице требует пояснения вопрос о колебательной мощности, возможной к получению от данных типов ламп.
Полагая отдачу в 50%, можно считать, что лампы Ж позволят получить в контуре или антенне 6 ватт, а Г-1—10 ватт.
Однако при а) тщательной регулировке передатчика или b) некотором форсировании анодного напряжения и накала (последнее нежелательно) можно «выжать» от лампы типа Ж 8—9 ватт колебательной мощности и от Г-1 — примерно 13—15 ватт.