Где скрывается сопротивление в электронной лампе
В каждом современном радиоприемнике или телевизоре работают электронные лампы. Каждая из них потребляет от источника питания анодный ток. Чем определяется величина этого тока?
Вопрос, как будто, нетрудный.
Величина тока в цепи равна величине подведенного к ней напряжения, деленной на величину сопротивления цепи. Если к электронной лампе подвести, допустим, 100 в, приложив плюс к аноду, а минус — к катоду, то через лампу потечет ток, величина которого определится сопротивлением лампы.
Но тут-то нас и подстерегают неожиданные трудности. В самом деле, о каком сопротивлении лампы может идти речь. Пространство между катодом и анодом лампы пусто.
Действительно, омметр, (присоединенный к аноду и катоду лампы с накаленным катодом, покажет бесконечность. Ток, приводящий в движение стрелку омметра, не может пройти через вакуум.
Но это не значит, что вакуум — изолятор. Наш опыт с омметром дал отрицательные результаты не потому, что электрические заряды не могли двигаться в вакууме, а потому, что в этом вакууме не было зарядов, там нечему было двигаться.
Заряды, находящиеся в вакууме, движутся, не встречая никакого сопротивления. Надо только помочь зарядам проникнуть в вакуум с некоторой скоростью. Накаливая катод, мы это и делаем. Мы выталкиваем заряды — в данном случае электроны — из катода в вакуум.
Пожалуй, нам удалось опровергнуть версию об изоляционных свойствах вакуума и доказать, что она представляет собой сверхпроводник, не имеющий сопротивления, но ... от этого не стало легче.
Если вакуум — изолятор, то ток через лампу не потечет; если же пустота не оказывает движению зарядов никакого сопротивления, то при присоединении к лампе батареи в цепи должен установиться ток, величина которого определится только э. д. с. батареи и ее внутренним сопротивлением.
Другими словами, при присоединении к батарее лампы через нее должен течь ток, равный по величине току короткого замыкания батареи. Если наша батарея — аккумулятор, то в цепи может возникнуть ток в сотни и тысячи ампер.
Но мы знаем, что этого не происходит. Анодный ток приемно-усилительных ламп измеряется миллиамперами или десятками миллиампер. Это значит, что в лампе есть не учитываемое нами сопротивление величиной в тысячи или десятки тысяч ом.
Что же это за сопротивление и где оно скрывается?
Внутреннее сопротивление лампы имеет иную природу, нежели сопротивление металлических проводов. Электрическим сопротивлением называется сопротивление среды движению электрических зарядов.
Такого сопротивления у лампы нет (мы, разумеется, пренебрегаем сопротивлением штырьков, вводных проводничков, катода и материала анода). Причины, определяющие величину тока в цепи лампы, не имеют ничего общего с тем сопротивлением, которое определяет ток в формуле Ома для токов в проводниках.
Величина тока определяется, как известно, количеством электронов, проходящих в течение секунды через поперечное сечение проводника. В металлических и иных проводниках в образовании тока принимает участие большинство имеющихся в них электронов.
Ведь электрический ток возникает в проводнике в результате появления электрического поля, которое воздействует на все без исключения электрические заряды.
Поэтому величина тока зависит только от скорости движения электронов: чем интенсивнее поле (определяемое числом вольт на сантиметр), тем быстрее будут двигаться электроны и тем, следовательно, больше их будет проходить в течение секунды через поперечное сечение проводника.
Совершенно естественно, что при этом через любое сечение цепи проходит одинаковое количество электронов: ток одинаков в любом участке цепи.
Рис. 1. Движение электронов в лампе с двумя сетками.
Иначе обстоит дело в цепи электронной лампы. Здесь есть участок — грань между катодом и внутриламповым пространством, через который может пройти только такое количество электронов, которое определяется эмиссионными способностями катода и его температурой.
Если в образовании анодного тока принимают участие все излучаемые катодом электроны, то дальнейшее увеличение анодного тока невозможно. Можно повышать анодное напряжение, но анодный ток от этого не увеличится.
В действительных условиях работы лампы вся эмиссия катода не попользуется; фактический анодный ток лампы бывает меньше тока эмиссии катода. Излучаемые катодом электроны образуют электронное «облачко», имеющее отрицательный заряд и отталкивающее обратно к катоду те из вылетающих из него электронов, которые обладают малой скоростью.
Величина анодного тока зависит от интенсивности этого пространственного заряда; она зависит также от знака и величины напряжения на управляющей сетке и других сетках лампы. Увеличивая отрицательное напряжение на управляющей сетке, мы тем самым уменьшаем анодный ток. Внешне это воспринимается как увеличение сопротивления лампы.
Таким образом, у электронной лампы нет сопротивления в обычном понимании этого слова, сопротивления, обусловливаемого физическими свойствами проводника электрического тока.
Наибольшая величина анодного тока определяется эмиссией катода, а в пределах, ограниченных эмиссией катода, величина тока определяется рядом причин: конструкцией лампы, напряжением на ее электродах и пр.
Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.