К истории радиоламп. Ранние приборы с внешними электродами

Как и любая другая эволюция, развитие приёмно-усилительных электровакуумных приборов (ЭВП) имело и тупиковые ветви, образцы, из которых сейчас выглядят престранно и чужеродно. Одна из таких ветвей — внешние электроды. Взглянем же на некоторые примеры этих технических курьёзов, попытаемся понять причину их появления и исчезновения, полюбуемся своеобразной «тёплой ламповой» эстетикой, присутствующей даже в таких нежизнеспособных уродцах.

1. Почему?

Известная с самых ранних экспериментов схема усилительного вакуумного прибора — анод (пластина) с раскалённым нитью-катодом поблизости и управляющей сеткой между ними, давала хорошие результаты, а лампа имела простое, лаконичное и естественное устройство: с катода к аноду в условном вакууме летят электроны, количество прибывших регулируется сеткой на пути потока.

Все мы, конечно, знаем Ли де Фореста — знаменитого изобретателя, более всего известного своим «Аудионом» — первым газонаполненным триодом, демонстрирующим усиление. Господин этот был ещё и цепким дельцом — несмотря на неустойчивую работу своей ионной лампы и неправильное объяснение её действия, поспешил оградить все основные особенности изобретения рядом патентов, а в дальнейшем не ленился тратить огромные средства и много времени на судебные тяжбы с конкурентами. К этому — первые триоды использовались только как детектор, устраняя некоторые важные недостатки детекторов кристаллических, что, несомненно, было большим шагом вперёд, и только спустя годы, трёхэлектродную лампу стали использовать полноценно — как усилитель и генератор сигналов.

Набор патентов Ли де Фореста действовал примерно до 1925 года — в это время известен ряд попыток обойти эти заграждения, чтобы поучаствовать в бурном развитии военной и гражданской радиосвязи. Некоторые такие курьёзы, сродни шарлатанству, также стали патентами только из-за несовершенства тогдашней измерительной техники и вообще знаний в области радио и вакуумной техники.

2. Внешний управляющий электрод

2. 1. Стержневые триоды Arcotron

Немецкие миниатюрные плоские (!) триоды можно выделить в отдельную группу из-за ряда особенностей: тщательно продуманная конструкция, необычные стержневые электроды, форма и размер колбы. Опять же, эти лампы сделаны в начале 1930-х, когда срок действия патентных запретов Ли де Фореста уже давно закончился, если это вообще заботило тогдашних немецких конструкторов. Вероятнее всего, здесь электровакуумщики фатерланда искали и отрабатывали технические решения, как это у них водилось, ни на что не похожие.

Для Arcotron 201: накал — 1 В, 0,25 А; анодное напряжение — 150 В; ток анода — 0,5 мА; при анодной нагрузке 1 МОм, коэффициент усиления каскада — 15. Время работы — 500 часов. Arcotron 301 отличалась более низким внутренним сопротивлением.

3. Проводимость стекла

Одним из способов обхода патентов было применение внешнего анода. Здесь следует пояснить: стекло — изолятор в стандартных комнатных условиях, однако, при повышении температуры его объёмная проводимость значительно возрастает (и достигает максимума при плавлении) до того, что микроскопическим анодным токам сигнальных ламп это может служить удовлетворительным путём. Особенно в случае массовых дешёвых натрий — кальциевых силикатных стёкол [3]. Объёмная проводимость стекла сильно зависит от его состава — наличия определённых оксидов и их соотношения, но в общем случае это величина заметная, а само явление обычно вредное, хотя известны случаи его применения с пользой.

4. Триоды с внешним анодом Sodion

Явный и несомненный пример попытки обхода патентов, причём пример неудачный и чуть ли не единственный — на подобную наглость больше никто как будто бы не решился.

5. Другие лампы Sodion. Мухлёж с натриевыми парами

Ещё одна, местами, уже откровенно шарлатанская попытка продавать собственные патентованные радиолампы. В этой серии конструкция электродной системы была более или менее традиционной, зато в колбу вводился металлический натрий и специальный внешний нагреватель для его испарения и создания «проводящего газа с особыми свойствами».

В первой лампе-детекторе, натурально, плескался жидкий натрий, служивший анодом, а его испарениями, и предполагалось создавать те самые «особые свойства». Первые же приборы, в числе прочих недостатков, показали и механическую уязвимость такой конструкции: тяжёлый металлический слиток в колбе мог сравнительно свободно перемещаться и часто повреждал другие электроды при перемещениях и транспортировке. Следующая генерация натриевых ламп имела намного меньше Na (кусочек размером со спичечную головку), заключённого в металлическую капсулу среди других внутренних электродов. Для испарения натрия, к нити прямонакального катода добавлялось тепло от внешнего проволочного нагревателя, а лампа заключалась в стеклянный «термостатирующий» экран. Современный анализ этой конструкции говорит, что натрий в последних случаях испарялся только отчасти и работал в качестве геттера, создавая остаточное давление до 10^-6 Торр! Возможно, это были самые первые высоковакуумные лампы, хотя из-за неудачной конструкции электродной системы, работали они неважно и были быстро преданы забвению.

6. Итого

История знает примеры замечательно удачных изобретений в обход патентов, здесь же, практика — неподкупный и беспристрастный критерий истины, быстро дала понять ущербность всех трёх концепций — внешней управляющей сетки; внешнего анода; анода жидкого и наполнения парами металла (натрия) как неким особенным рабочим проводящим газом. Ущербность, по крайней мере, в случае приёмно-усилительных ламп — в отдельных экзотических применениях такие кунштюки могут быть и использованы.

С высоты наших сегодняшних представлений попробуем с ходу определить причины неудач: например, для наружного анода — несмотря на наличие проводимости в (горячем) стекле, сколько-то крупные анодные токи через него не пропустишь; опять же, при более или менее длительном использовании ионной проводимости стекла, станут заметными последствия его электролиза — переноса ионов к электродам — стекло локально изменит свойства, например, создавая предпосылки для растрескиваний. Наружная сетка требовала увеличенных напряжений для управления прибором, что давало малое усиление от одного каскада. Содионные же лампы с натрием, и вовсе какая-то цыганщина — увидели свет только по недосмотру тогдашнего патентного бюро, требовали расхода дорогих батарей (!) на дополнительный бесполезный внешний нагреватель.

7. Дополнительные материалы

1. Ходовые вакуумметры. Часть 3. Манометры ионизационные.

2. Электровакуумные геттеры. Общие положения, классификация, первые газопоглотители.

3. Стеклодувное дело. Электровакуумные стёкла, идентификация стекла, экспресс-определение совместимости стёкол.

4. Как измерить вакуум в лампе?

5. Виртуальный музей электронных ламп Аллана Уайтта.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, октябрь, 2026 г.