电灯。发明和生产的历史

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电子灯、无线电管——一种电真空器件（更准确地说是真空电子器件），其工作原理是控制在电极之间的真空或稀薄气体中移动的电子流的强度。

无线电电子管在 XNUMX 世纪被广泛用作电子设备的有源元件（放大器、发电机、探测器、开关等）。目前它们几乎完全被半导体器件取代。有时它们也用于强大的高频发射器和音频设备。

电灯

电子灯的发明直接关系到照明技术的发展。十九世纪八十年代初，美国著名发明家爱迪生正在改进白炽灯。它的缺点之一是由于玻璃内部出现黑点而导致灯泡失去光泽，导致光输出逐渐降低。爱迪生在 80 年调查这种效应的原因时注意到，在螺纹环平面上的圆柱体失去光泽的玻璃上经常有一条浅色的、几乎没有变暗的条带，而这条条带总是在灯的一侧灯丝电路的正极输入所在的位置。

看起来好像与负输入相邻的碳丝部分正在从自身发射最小的材料粒子。飞过灯丝的正极，它们覆盖了玻璃容器内部的所有地方，除了玻璃表面上的那条线，它被灯丝的正极遮住了。当爱迪生在玻璃容器内放入一块小金属板，将其放在灯丝的入口之间时，这种现象的画面变得更加明显。通过电流计将该板与线的正极连接，可以观察流过气球内部空间的电流。

爱迪生经历

爱迪生提出，灯丝负极发出的碳颗粒流动使灯丝和他介绍的板之间的部分路径导电，并发现这种流动与灯丝的白炽度成正比，或者，在换句话说，就是灯本身的光功率。事实上，这结束了对爱迪生的研究。这位美国发明家当时无法想象他即将获得多么伟大的科学发现。大约 20 年过去了，爱迪生所观察到的现象才得到正确的综合解释。

事实证明，当放置在真空中的灯丝被强烈加热时，它开始向周围空间发射电子。这个过程称为热电子发射，可以认为是电子从灯丝材料中蒸发。 “爱迪生效应”的实际应用可能性的想法首先出现在英国科学家弗莱明身上，他在 1904 年根据这一原理制造了一种探测器，称为“双电极管”，或弗莱明的“二极管”。

弗莱明的灯是一个普通的玻璃瓶，里面装满了稀薄的气体。将一根细丝与一个包围它的金属圆柱体一起放置在气球内。灯的加热电极不断发射电子，在其周围形成“电子云”。电极温度越高，电子云的密度越高。当灯的电极连接到电流源时，它们之间会产生电场。如果源的正极接冷电极（阳极），负极接加热电极（阴极），那么在电场的作用下，电子部分离开电子云，冲向冷电极电极。因此，在阴极和阳极之间建立了电流。当电源以相反方向打开时，带负电的阳极会排斥电子，而带正电的阴极会吸引电子。在这种情况下，没有电流。也就是说，弗莱明二极管具有明显的单向导电性。

接收电路中的二电极弗莱明灯：a——玻璃瓶； b——碳丝； c——铝筒； d——用于安装气缸的焊接铂丝； ef——结论； h——电池； j——电线； k——次级绕组； l——检流计； m——初级绕组； n——架空电线

由于包含在接收电路中，灯就像一个整流器，在一个方向上通过电流而不是在相反方向上通过，因此可以用作波导 - 检测器。 To slightly increase the sensitivity of the lamp, an appropriately selected positive potential was applied. 原则上，带有弗莱明灯的接收电路与当时的其他无线电电路几乎没有区别。它的灵敏度不如磁式探测器的方案，但它具有无与伦比的更高可靠性。

在真空管的改进和技术应用领域的另一个突出成就是美国工程师德福雷斯特在 1907 年发明了一种包含附加第三电极的灯。这第三个电极被发明者称为“网格”，灯本身被称为“audin”，但实际上它被赋予了另一个名称——“三极管”。第三个电极，从它的名字就可以看出，它不是连续的，可以将电子从阴极飞到阳极。当在栅极和阴极之间打开电压源时，这些电极之间会产生电场，这会强烈影响到达阳极的电子数量，即流过灯的电流强度（电流强度）阳极电流）。随着施加到栅极的电压的降低，阳极电流的强度降低，随着增加它增加。如果向电网施加负电压，则阳极电流完全停止 - 灯被证明是“锁定”的。

三极管的一个显着特性是控制电流可以比主要的小很多倍 - 栅极和阴极之间微不足道的电压变化导致阳极电流发生相当显着的变化。后一种情况使得使用灯放大小的交流电压成为可能，并为其实际应用开辟了异常广泛的可能性。三电极灯的出现导致无线电接收电路的快速发展，因为它可以将接收到的信号放大几十到几百倍。接收器的灵敏度增加了很多倍。 1907 年，同一个 De Forest 已经提出了早期的电子管接收器电路之一。

最简单的电子管无线电报

LC 电路在此连接在天线和地之间，在其端子处会产生高频交流电压，该电压是在从天线接收到的能量的作用下形成的。该电压被施加到灯的栅极并控制阳极电流的波动。因此，在阳极电路中，获得了接收信号的放大振荡，这可以使包含在同一电路中的电话的膜运动。

De Forest 的第一款三电极奥丁灯有很多缺点。其中电极的位置使得大部分电子流不落在阳极上，而是落在玻璃容器上。事实证明，网格的控制效果是不够的。灯的真空度很差，并且含有大量气体分子。他们电离并不断轰击灯丝，对其造成破坏性影响。

1910年，德国工程师Lieben发明了一种改进的三极管真空管，其中的栅格以穿孔铝板的形式制成，置于圆柱体的中心，将其分成两部分。灯的底部是灯丝，顶部是阳极。由于整个电子流都通过它，因此网格的这种布置可以增强其控制作用。这盏灯的阳极是一根细枝或螺旋形的铝线，一根铂丝作为阴极。 Lieben 特别注意灯的发射特性的增加。为此，首先提出在灯丝上涂上一层薄薄的氧化钙或氧化钡。此外，将汞蒸气引入气球中，产生了额外的电离，从而增加了阴极电流。

立本灯：R——灯瓶； K——阴极； A——阳极； P——辅助电极，将气球分成两部分，起到网格的作用

所以，真空管首先被用作检测器，然后被用作放大器。但是，只有在发现了使用它来产生无阻尼电振荡的可能性之后，它才赢得了无线电工程的领先地位。 1913 年，著名的德国无线电工程师迈斯纳创造了第一台电子管发生器。在列本三极管的基础上，他还制造了世界上第一个无线电话发射机，并于 1913 年 36 月在 XNUMX 公里的 Nauen 和柏林之间建立了无线电话连接。

最简单的灯发生器电路

电子管发生器包含一个由电感器 L 和电容器 C 组成的振荡电路。如果该电容器充电，则电路中会出现阻尼振荡。为了使振荡不消失，有必要补偿每个周期的能量损失。

因此，来自恒压源的能量必须周期性地进入电路。为此目的，在振荡电路的电路中包含一个管三极管，以便将来自电路的振荡馈送到其电网。灯的阳极电路包括与振荡电路的线圈L感应耦合的线圈Lc。在电路接通的那一刻，来自电池的电流逐渐增加，流过三极管和线圈 Lc。在这种情况下，根据电磁感应定律，线圈 L 中会有电流，为电容器 C 充电。从图中可以看出，电容器极板的电压被提供给阴极和网格。接通时，带正电的电容器板连接到电网，即带正电，这有助于增加通过 Lc 线圈的电流。这将持续到阳极电流达到最大值（毕竟，灯中的电流取决于从阴极蒸发的电子数量，并且它们的数量不能无限 - 增加到某个最大值，这个电流不再随着增加电网张力）。当这种情况发生时，恒定电流将流过线圈 Lc。

由于感应耦合只发生在交流电中，所以线圈 L 中不会有电流。结果，电容器将开始放电。因此，电网的正电荷会减少，这将立即影响阳极电流的大小——它也会减少。因此，通过线圈 Lc 的电流也将减少，这将在线圈 L 中产生相反方向的电流。因此，当电容器 C 放电时，通过 Lc 的减小电流仍会在线圈 L 中感应出电流，从而电容器的极板将被充电，但方向相反，因此负电荷将积聚在极板上连接到电网。这最终将导致阳极电流完全停止——流过线圈 L 的电流将再次停止，电容器将开始放电。这样一来，栅极上的负电荷就会越来越少，阳极电流又会出现，而且会增加。所以整个过程将从头开始重复。从该描述中可以看出，交流电流将流过灯的栅极，其频率等于 LC 振荡电路的固有频率。但是这些振荡不会被抑制，而是恒定的，因为它们是通过从电池通过电感耦合到线圈 L 的线圈 Lc 不断增加的能量来维持的。

电子管发生器的发明使无线电通信技术迈出了重要的一步——除了传输由短脉冲和长脉冲组成的电报信号外，可靠和高质量的无线电话通信成为可能——即传输人类语言和音乐使用电磁波。无线电话通信似乎没有什么复杂的。事实上，在麦克风的帮助下，声音振动很容易转换为电振动。为什么通过放大它们并将它们馈入天线，而不是像以前传输摩尔斯电码那样远距离传输语音和音乐？

然而，在现实中，这种传输方法是不可行的，因为只有强大的高频振荡才能很好地通过天线辐射。声音频率的缓慢振动会在太空中激发出非常微弱的电磁波，以至于无法接收它们。因此，在产生高频振荡的电子管发生器出现之前，无线电话通信似乎是一项极其艰巨的任务。为了传播声音，这些振动被改变，或者，正如他们所说，用低频（声音）振动进行调制。调制的本质在于发生器的高频振荡和麦克风的低频振荡相互叠加，从而馈入天线。

无线电话中的信号调制：顶部 - 高频发生器信号，中间 - 来自麦克风的低频振荡，底部 - 调制振荡

调制可以以多种方式发生。例如，麦克风包含在天线电路中。由于麦克风的阻抗在声波的作用下发生变化，天线中的电流也会随之变化；换句话说，我们将不是具有恒定幅度的振荡，而是具有变化幅度的振荡 - 高频调制电流。

接收机接收到的调制后的高频信号，即使经过放大，也不能引起电话振膜或扬声器喇叭的音频振荡。它只能引起我们耳朵无法感知的高频振动。因此，有必要在接收器中执行相反的过程——从高频调制振荡中选择音频信号——或者换句话说，检测信号。

使用真空二极管进行检测。如前所述，二极管仅在一个方向上通过电流，将交流电变成脉动电流。这种脉动电流用滤波器消除。最简单的滤波器可以是与手机并联的电容器。

最简单的无线电发射机，由电子管发生器和麦克风（M - 麦克风）组成

最简单的无线电接收电路

过滤器是这样工作的。在那一刻，当二极管通过电流时，它的一部分分支到一个电容器并给它充电。在脉冲之间的间隔中，当二极管被阻塞时，电容器被放电到管子上。因此，在脉冲之间的间隔内，电流以与脉冲本身相同的方向流过管子。每个随后的脉冲都为电容器充电。正因为如此，一个音频电流流过管子，其形状几乎完全再现了发射站低频信号的形状。放大后，低频电振动变成声音；最简单的探测器接收器由一个连接到天线的振荡电路和一个连接到该电路的电路组成，电路由探测器和电话组成。

最初的真空管还很不完善。但在 1915 年，Langmuir 和 Guede 提出了一种将灯抽出至极低压力的有效方法，因此真空灯取代了离子灯。这将电子技术提升到了一个更高的水平。

作者：Ryzhov K.V.

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