Аноди підсилюючих ламп під час роботи сильно гріються. У потужних підсилювальних ламп вони нагріваються настільки, що розжарюються до червоного. У великих генераторних ламп необхідно спеціальне охолодження анодів - водяне або повітряне, інакше вони можуть розплавитися.
А чому ж все-таки аноди гріються?
Відповідь начебто не викликає ускладнень: нагрів виробляє електричний струм. Через лампу тече анодний струм і розігріває анод, все електроди, через які він проходить, і взагалі всю лампу. Проходження електричного струму завжди супроводжується виділенням тепла. Петербурзький вчений Ленд і одночасно з ним англієць Джоуль вивели відомий у фізиці закон, який говорить, що при проходженні струму в ланцюзі виділяється тепло в кількості Q -0,24 RIH калорій, де R - опір ланцюга; / - величина струму; t - час.
Ця формула не викликає сумнівів, але в неї входить R. Де ж в нашому випадку це R?
Дійсно, для того щоб частина енергії електричного струму перетворилася в тепло, треба, щоб струм зустрів на своєму шляху опір. Утворюють електричний струм електрони, стикаючись з частинками речовини, віддають їм свою енергію, збільшуючи розмах їх коливань або швидкість, а це і є те, що ми називаємо нагріванням.
Але в лампі нам не вдасться знайти опір, придатне для виділення в ньому тепла. Простір між катодом і анодом порожньо, електрони пролітають його без зіткнень, тому тепло в ньому не виділяється - там немає R в його звичайному фізичному розумінні (див. Стор. 59). Залишається анод. Анодний струм, безумовно, тече через анод, який являє собою певну електричний опір.
Але цей опір надзвичайно мало і що виділяється в ньому тепло мізерно. У цьому легко переконатися на досвіді. Анодний струм кінцевої лампи радіоприймача, такий, наприклад, як 6ПЗС, становить близько 50 міліампер. Візьміть непридатну лампу 6ПЗС, розбийте її балон, вийміть анод і включіть його в ланцюг, в якій буде підтримуватися ток 50 міліампер. Ви побачите, що анод абсолютно не нагріється.
Цей результат легко підтвердити обчисленням. Опір анода кінцевої лампи дорівнює приблизно 0,01 ома, анодний струм - близько 0,05 ампера. З наведеної вище формули Ленца-Джоуля слід, що протягом секунди при такому струмі на аноді виділиться 0,000006 калорії. Треба протягом 46 годин підтримувати струм 50 міліампер, щоб на аноді виділилося таке
кількість тепла, яке потрібно для нагріву одного кубічного сантиметра води на один градус. Тому про скільки-небудь помітному нагріванні анода анодним струмом говорити не доводиться.
А все-таки анод нагрівається. І нагрівається дуже сильно. У чому ж тут справа?
Електронна лампа - прилад не звичайного порядку. Ми у> $ е говорили про те, що опір лампи не є опором в його загальноприйнятому тлумаченні. Точно так само йде справа і з нагріванням анода. Анод нагрівається анодним струмом, але це не те звичайне нагрівання, яке виробляє струм, проходячи по провіднику. Анод нагрівається в результаті різкого гальмування електронів.
Електрони несуться в просторі катод-анод зі швидкістю, яка вимірюється тисячами кілометрів в секунду. Досягнувши анода, вони продовжують рух в ньому, але вже зі швидкістю, яка вимірюється міліметрами в секунду. На поверхні анода відбувається різке гальмування електронів, електрони вдаряються об частинки матеріалу анода і віддають їм свою енергію руху. Кінетична енергія перетворюється в теплову, повідомляючи анода і нагріваючи його.
З таким нагріванням ударами ми часто зустрічаємося в житті. Візьміть молоток і сильно вдарте їм кілька разів по шматку металу - метал помітно нагріється. Так і електрони, в незліченній кількості вдаряючись об анод, нагрівають його.
Зрозуміло, по суті справи в цьому випадку «механізм» нагрівання такої ж, як і при проходженні струму через опір: електрони, стикаючись з частинками речовини, віддають їм свою енергію. Але внаслідок більшої швидкості електронів тепла виділиться набагато більше.
В результаті електронного бомбардування аноди ламп нагріваються. Це небезпечно в двох відносинах. По-впервих, при дуже високій температурі анода з металу може почати виділятися газ. По-друге, нагрівання анода створює додатковий нагрів катода. Для оксидних катодів, що працюють при порівняно низькій температурі, це може виявитися згубним, тому що оксидні катоди при перегріванні втрачають емісію.
Як можна зменшити нагрів анода?
Найпростіший спосіб - збільшити поверхню анода, з тим, щоб на кожен його квадратний сантиметр припадала менша потужність розсіювання. Але цей спосіб связа »- зі збільшенням загальних розмірів лампи, що здорожує її, збільшує розміри апаратури і ускладнює поводження з нею.
Щоб знизити температуру анода, не збільшуючи його розмірів, треба знайти можливість відводити виділяється на ньому тепло. Оскільки анод знаходиться у вакуумі, здійснити відвід тепла можна лише випромінюванням.
З фізики відомо, що найкращим випромінюванням мають чорні тіла. Ця особливість і використана для охолодження анодів. Досліди показали, що чорнені аноди нагріваються значно менше нечернених, виконаних з такого ж матеріалу.
Аноди приймально-підсилювальних ламп робляться з нікелю. Існує кілька способів чернения нікелю. Кращі результати щодо випромінювання дає карбонізує - нанесення на поверхню нікелю тонкого шару вуглецю, що здійснюється шляхом відпалу нікелю в парах бензолу і водню.
Карбонизовані анод витримує в 4-5 разів більшу потужність, ніж некарбонізірованний. Застосування таких анодів дозволило значно зменшити розміри кінцевих ламп. У малогабаритних ламп, що мають електроди малих розмірів, доводиться чорнити аноди не тільки кінцевих, а й усіх взагалі ламп.
Кожному радіоаматорові не раз доводилося обпалювати руки об балони ламп, особливо кінцевих і кенотронов. Ці лампи нагріваються так, що шиплять, як праска, якщо до них доторкнутися мокрим пальцем.
Зрозуміло, чому нагріваються катоди. Їх нагріває струм напруження і додатково кілька підігріває анодний струм. Аноди ламп гріються в результаті електронного бомбардування (див. Стор. 75).
Але чому ж гріються балони? Правда, всередині балона перебувають розпечений катод і дуже гарячий анод, але ж з простору, що відокремлює їх від балона, викачане повітря, там немає провідника тепла. Якщо в термос налити окріп, то його зовнішні стіни залишаються холодними. Пояснюється це тим, що стінки у термоса подвійні і з простору між ними викачане повітря. Чому ж ті властивості вакууму, які сприяють теплоізоляції в термосі, раптом перестають діяти в електронній лампі?
Нагрівання балонів електронних ламп відбувається внаслідок того, що катод і анод охолоджуються шляхом тепловипромінювання, т. Е. Випромінювання інфрачервоних променів. Через вакуум ці промені проходять абсолютно безперешкодно, але скло балона в значній мірі поглинає їх і тому нагрівається. Такі властивості скла: воно прозоре для видимих світлових хвиль, але багато менш прозоро для довших і коротших волн- інфрачервоних і ультрафіолетових. Метал зовсім не прозорий для інфрачервоних променів, тому металеві балони нагріваються ще сильніше скляних.
Ну, а як же йде справа з термосом? В термосі теж є нагріте тіло (окріп), є вакуум і скляний балон.
«Суперечності» тут тільки здаються. Випромінювання інфрачервоних променів з підвищенням температури різко зростає (пропорційно п'ятого ступеня температури: t5). Стоградусной окріп випромінює у багато разів менше, ніж катод, нагрітий до 800 ° С, або анод, що нагрівається часто до декількох сотень градусів. Крім того, в термосі вжито всіх заходів для зменшення випромінювання. Його внутрішня стінка біла, т. "Е. Випромінює слабо, тоді як катоди бувають темні, а аноди спеціально чорнять для збільшення випромінювання. Внутрішня сторона зовнішньої стінки балона термоса покрита дзеркальним шаром, що відображає випромінювання вмісту термоса, назад. Тому зовнішня стінка термоса майже зовсім не нагрівається і термос довго зберігає тепло.
Якщо зняти задню стінку працюючого приймача, то нерідко можна побачити красиве видовище - світіння анода, а іноді і балона лампи блакитним світлом. За своїм характером воно нагадує червоне свічення електродів неонових ламп. У неонових ламп електроди як би покриті «шаром» червоного світла товщиною 1-2 мм. Такий же світиться «шар» утворюється і у електродів кінцевих ламп радіоприймачів, тільки він здається трохи більш тонким, часто буває несуцільним, утворюючи плями різної величини і форми, і забарвлений в дуже красивий блакитний колір.
Світиться «шар» нестабільний. Він пульсує в такт із звуками радіопередачі.
Серед радіоаматорів і радіослухачів широко поширене переконання, що це світіння обумовлене наявністю в балоні лампи газу. Тому світіння вважають ознакою шлюбу лампи.
Насправді таке світіння пояснюється не присутністю в лампі залишків газу, а люмінесценцією, т. Е. Тим же фізичним явищем, яке викликає свече- кі екрану електронно-променевих трубок, оптичного індикатора надбудови і т. П. Чи однакова і причина виникнення люмінесценції - бомбардування потоками електронів. Електрони, з силою б'ючись об молекули люмінесцирующего речовини, призводять їх в «порушену» стан, яке-виражається в тому, що один з електронів атома перескакує зі своєї орбіти (оболонки) на іншу, що характеризується великим енергетичним рівнем. Повертаючись на свою орбіту, електрон виділяє надлишок енергії у вигляді випромінювання фотона, або світлового кванта - найменшої «частки» світла.
У всіх електронних лампах обов'язково є катод і анод. В одних лампах роль катода виконує нитка розжарення, в інших нитка служить мініатюрною електроплиткою, що нагріває трубчастий катод.
Правда, такий підсилювач дає невелике посилення. але зате дозволяє користуватися приймачем з малої антеною і без заземлення. Коливальний контур включений в анод першої лампи.
Ланцюг катода другий лампи не блокується конденсатором.
Величина цього зворотного зв'язку буде максимальною за умови, якщо движок потенціометра знаходиться в крайньому верхньому положенні, тобто коли анодлампи з'єднаний через конденсатор.