Покоренный электрон

Этот третий электрод делают различного вида и формы: иногда это легкая проволочная решетка или сеточка, иногда — спираль, навитая вокруг проволочки катода на некотором от нее расстоянии. Но, независимо от формы, третий электрод всегда называется сеткой.

Сетка располагается между анодом и катодом, и для нее в цоколе лампы сделан отдельный вывод. Следовательно, лампа, снабженная сеткой, имеет не два входа, как диод, а три. Такие лампы называются триодами (рис. 63).

Рис. 63. Триод в разрезе, сетка в виде спирали обвивается вокруг катода. Слева — условное изображение триода с подогревным катодом.

Сама по себе сетка препятствием для электронов служить не может. Проволочки, из которых она изготовлена, тонки, а ячейки ее просторны.

Электроны могут пролетать сквозь сетку почти без всяких помех и задержек, но только до тех пор, пока на сетку не подано отрицательное напряжение.

Тогда отрицательно заряженные проволочки сетки будут отталкивать электроны назад к катоду и противодействовать их движению к аноду. Ток ослабеет и может совсем прекратиться — лампа будет «заперта».

Если триод присоединяют к колебательному контуру приемника, лампа становится общим звеном для трех самостоятельных электрических цепей.

Одну цепь составляют нить накала катода и небольшая батарейка, которая ее подогревает. В этой цепи электроны бегут от минуса батареи по нити и уходят к плюсу батареи. Роль этой цепи довольно ограничена — поддерживать накал нити.

Вторая цепь составлена мощной анодной батареей, которая своим плюсом присоединена к аноду лампы, а минусом — к катоду. Эта батарея создает сильное электрическое поле между анодом и катодом лампы. Под воздействием электрического поля электроны, клубящиеся вокруг накаленного катода, проскальзывают сквозь сетку, когда она заряжена положительно, и «приземляются» на аноде.

Третья цепь образована колебательным контуром, который одним проводником присоединен к катоду, а другим — к сетке. В этой цепи действуют высокочастотные колебания контура, они создают небольшое переменное напряжение между катодом и сеткой и меняют интенсивность потока электронов, движущихся от катода к аноду.

Воздействие цепи сетки на силу тока в анодной цепи является основой работы электронной лампы.

Сетка расположена очень близко к катоду, и поэтому она оказывается полным хозяином того облачка электронов, которые вьются возле катода. Каждое колебание напряжения на сетке заставляет облачко изменяться.

Отрицательное напряжение увеличивается — электронное облачко съеживается, прижимается к катоду, электроны, едва вылетев из нити, вынуждены тотчас возвращаться обратно: их отгоняет отрицательное напряжение сетки (рис. 64).

Рис. 64. Отрицательное напряжение на сетке запирает лампу, а положительное — усиливает анодный ток.

Когда отрицательное напряжение уменьшается, облачко разрастается.

Если же отрицательное напряжение упадет ниже определенного предела, электроны начнут прорываться сквозь сетку и лететь к аноду.

При дальнейшем ослаблении отрицательного напряжения, когда оно совсем сойдет на нет, или даже сменится положительным напряжением, электроны, ничем не сдерживаемые, ринутся сквозь сетку к аноду, и через лампу в этом случае пойдет сильный анодный ток.

Итак, сетка, в зависимости от величины и знака ее заряда, или усиливает, или уменьшает, или вовсе парализует влияние электрического поля, создаваемого анодом. Она, как водопроводный кран, может пропускать электроны и широким свободным потоком и тонкой струйкой; она может позволить им сочиться как бы по каплям или полностью прекратить их движение к аноду, — «запереть» лампу.

Сетка — в высшей степени тонкий и точный регулятор анодного тока, текущего через лампу от катода к аноду.

Напряжение на сетку подает колебательный контур. Электроны, раскачавшиеся в катушке, соединенной с конденсатором, то накапливаются на сетке, то покидают ее. Величина заряда на сетке меняется вместе с колебаниями в контуре. Электроны, вылетевшие из катода, то стремительно летят к аноду, то жмутся к нити катода, отброшенные отрицательным зарядом сетки.

Величина заряда сетки, доставляемого колебательным контуром, — незначительна. Она и не должна быть большой. Благодаря близости к катоду сетка властно управляет потоком миллиардов электронов. Ничтожнейшие изменения, легкие колебания напряжения на сетке тотчас сказываются на силе анодного тока. Сетка пропускает электроны в строгом соответствии с колебаниями, возникшими в контуре.

Поэтому колебания анодного тока, текущего через лампу от батареи, копируют модуляцию колебаний, поступающих на сетку от контура, одновременно и выпрямляя и усиливая ток.

Триод, сетка которого соединена с контуром, доставляет в телефон уже не слабенький ток, уловленный антенной и контуром, а сильный анодный ток, способный привести в действие несколько телефонов или даже громкоговоритель. Триод совмещает в приемнике две обязанности — и детектора и усилителя.

Однако этим не исчерпываются возможности лампы.

Действия обратной связи

С помощью еще одного очень несложного приспособления электрические колебания из цепи анода можно заставить вернуться обратно в лампу, и она усилит их вторично. В цепь, подводящую ток от анода лампы к телефону, присоединяют небольшую катушку и сближают ее с катушкой колебательного контура.

Мощное воздействие пульсирующего анодного тока, который течет в дополнительной катушке, скажется на катушке контура. В ней возникнут сильные колебания, в точности соответствующие толчкам анодного тока. Эти колебания передадутся на сетку. На сетке начнут появляться и исчезать электрические заряды большей величины. Они будут во много раз сильнее, чем до включения дополнительной катушки.

Электронный поток, струящийся в лампе от катода к аноду, под действием усиленных зарядов сетки начинает пульсировать еще четче, резче, энергичней.

Усиленные колебания анодного тока в лампе попадут в дополнительную катушку. Дополнительная катушка передаст их в контур. Контур — вернет сетке. Сетка — анодному току. Анодный ток через дополнительную катушку опять — контуру. В итоге получится громадное усиление сигналов.

Катушка, которая служит для связи между анодной цепью и колебательным контуром и возвращает обратно в контур усиленные лампой колебания, получила название катушки обратной связи — делает возможным радиоприем самых слабых сигналов отдаленных станций. Такой радиоприемник называют регенеративным (рис. 65).

Рис. 65. Упрощенная схема однолампового приемника с обратной связью.

Рождение русских ламп

После смерти А. С. Попова (А. С. Попов скончался в 1906 году) ученые А. А. Петровский, И. Г. Фрейман и В. П. Коваленков продолжали дело, начатое их учителем. В 1914 году молодой инженер, впоследствии академик, Н. Д. Папалекси изготовил первые радиолампы. В 1915 году М. А. Бонч-Бруевич создал первую русскую вакуумную лампу. Но все эти работы были успехами одиночек, которые не получали поддержки в царской России.

В 1915 году М. А. Бонч-Бруевич служил в чине поручика на Тверской приемной радиостанции. Радиостанция нуждалась в усилительных лампах, которые в то время привозили из-за границы. Шла империалистическая война — доставлять лампы было трудно. Бонч-Бруевич задумал изготовить собственные лампы и устроил на радиостанции небольшую мастерскую. Начальник радиостанции, капитан Аристов, не разрешал заниматься в служебном помещении «посторонними делами», и Бонч-Бруевичу пришлось перенести «лабораторию» к себе на квартиру.