Почему радиолампы, производимые в СССР с 1919 года, до сих пор незаменимы в оборонке, космосе и быту

Несмотря на всю свою древность, радиолампы до сих пор не вымерли. Они широко используются в оборонном и космическом секторе, а также в быту. Более того в большей части своего применения они незаменимы. Благодаря каким свойствам от них до сих пор не отказались.

9 фото via

Радиолампы – это электровакуумные приборы, в которых рабочий объем лишен воздуха, то есть, создан вакуум. А чтобы вакуум изолировать от окружающей среды, рабочий объем радиолампы заключается в герметическую оболочку, в которой также размещаются электроды.

Диод – самая простая радиолампа, которая имеет всего два электрода, катод и анод. Катод при работе диода разогревается до высоких температур, при этом происходит эмиссия (испускание) электронов с поверхности катода. Для увеличения способности катода испускать электроны, он покрывается специальным активным слоем.

Если на анод диода подать положительное напряжение, а на катод отрицательное (прямой полярности), то электроны под действием электрического поля начнут перемещаться от катода к аноду и через диод протечет ток. Если на диод подать напряжение обратной полярности, то электрическое поле будет пытаться перемещать электроны от анода к катоду. А поскольку анод не может излучать электроны, то и движения в этом направлении электронов не будет, и ток будет отсутствовать.

Чтобы получить усилительный прибор (триод) между катодом и анодом вводится дополнительный электрод – сетка. Она позволяет управлять количеством проходящих через нее электронов от катода к аноду, то есть управлять анодным током триода. Управление происходит электрическим полем создаваемым сеткой. При подаче на нее отрицательного напряжения ее электрическое поле отталкивает электроны обратно к катоду и препятствует их перемещению через сетку к аноду. При «нулевом» или положительном напряжении на сетке, ее электрическое поле не препятствует прохождению электронов к аноду и через триод протекает ток.

Где применяются радиолампы

Радиолампы распространены в быту гораздо шире, чем вы об этом думаете. И это не о тех людях, которые еще не выкинули старые ламповые телевизоры и радиоприемники. На сегодняшний день радиолампы есть почти в каждой квартире или доме. И находятся они в микроволновых печах. Называется такая радиолампа магнетроном. Магнетрон является автогенератором, то есть при подаче на него питания он самостоятельно генерирует, без помощи других радиоэлементов сверхвысокочастотные (СВЧ) электромагнитные колебания большой мощности. Которые затем, проникая вглубь продуктов питания, разогревают их изнутри.

Магнетрон в микроволновой печи

Также используются магнетроны и в оборонке в передатчиках радиолокационных станций.

Так почему же используется магнетрон, а не транзисторы. Дело в том, что даже самый мощный транзистор не сможет обеспечить такую выходную мощность на сверхвысокой частоте, как магнетрон. Поэтому пришлось бы использовать большое количество выходных транзисторов, задающий генератор, СВЧ сумматор и другие радиоэлементы обвязки. Что сделало бы такой источник СВЧ энергии сложным, громоздким, дорогим и ненадежным. Диапазон СВЧ составляет от 3 до 30ГГц. Транзистор имеет небольшие размеры, питается низковольтным напряжением, рабочий ток его также невелик, поэтому потребляемая и соответственно выходная мощность СВЧ энергии такого каскада тоже невелика.

Напряжение питания магнетрона микроволновой печи в среднем составляет 4000В, ток потребления 0,3 А, отсюда мощность потребляемая им от сети составит 4000В х 0,3А=1200Вт. А мощность генерируемой им СВЧ энергии в среднем 800Вт.

А какой СВЧ транзистор способен потребить 1200Вт электрической энергии? Правильно, никакой, соответственно и мощность генерируемой им СВЧ энергии будет мала.

Ну а, например, напряжение питания магнетрона МИ-285 используемого в радиолокации составляет 50КВ, представляете, целых 50000В.


Магнетрон МИ-285 (импульсная мощность 1,2 МВт)

Дальше нужно продолжать про генерируемую им мощность? Продолжу, в импульсе (радиолокаторы работают в импульсном режиме) его выходная мощность составляет 1,2 МВт (1,2 миллион ватт). Какой транзистор повторит такое?

В оборонном секторе на самом деле используется достаточно большое количество мощнейших электровакуумных приборов СВЧ диапазона. И на сегодняшний день ни один транзистор и близко не стоял возле этих монструозных приборов.

Еще один из них – это клистрон. В отличие от магнетрона он не является автогенератором. Клистрон – это усилительный прибор, кроме выхода СВЧ энергии, он имеет также вход, на который подается усиливаемый СВЧ сигнал. Он также используется для работы в мощных передатчиках радиолокаторов.

Клистрон

В космосе и оборонке широко используются лампы бегущей волны (ЛБВ), это усилительный прибор, обладающий громадным коэффициентом усиления до сотен тысяч в широком диапазоне частот, и мизерными собственными шумами. Применяется он преимущественно в приемниках. Ни один транзистор не обладает такими характеристиками.

В настоящее время ЛБВ успешно применяются на спутниках различного назначения. Компания «Росэлектроника» в настоящее время по программе импортозамещения разрабатывает свои ЛБВ космического назначения взамен импортных. Ей для этого выделено 600,5 миллионов рублей.

Какие еще преимущества имеют радиолампы

Радиолампы устойчивы к электромагнитному импульсу (ЭМИ) и способны без последствий выдерживать кратковременные перегрузки, создаваемые им. Как это физически будет происходить в радиолампе? Под воздействием ЭМИ наводятся большие напряжения, которые способны пробивать пространство между электродами внутри радиолампы. В момент пробития лампа работать не будет, но после окончания ее работоспособность будет восстановлена. И ничего страшного, что при пробитии часть металла испарилась с электродов, и это частично нарушило вакуум. Через некоторое время вакуум восстановится. Для этого в лампах имеется специальное вещество (геттер), которое поглощает все молекулы, которые находятся в рабочем объеме радиолампы. И вакуум полностью восстанавливается.

А если пробой произойдет в транзисторе, это приведет к необратимому выходу его из строя. Поскольку его рабочий объем состоит из твердого материала (кремния, германия, и. т. д.), который меняет свои физические свойства необратимо.

Также радиолампы устойчивы к ионизирующему излучению, газа в них нет, ионизироваться нечему. А в транзисторах опять же произойдут необратимые разрушения твердого тела.

Надеюсь, статья была интересна.