Краткая история развития элементной базы электронных усилителей

Первые усилители электрических сигналов были созданы на основе т. н. катодно – лучевого реле, изобретённого и запатентованного австрийским физиком и предпринимателем Робертом фон Либеном в 1906 году.

Однако, первыми усилителями, получившими массовое распространение и явившимися средством развития радиовещания стало изобретение в 1906 году американский инженер Ли де Форестом и усовершенствованный Гарольдом Арнольдом т. н. аудиона, первого электронно – вакуумного триода (ЭВТ).

Ли де Форест (Lee De Forest) — изобретатель и обладатель более 300 патентов, в 1906 г. изобрел новую разновидность электронной лампы, которую назвал «аудион». Сейчас такие лампы называют триодами, в отличие от более простых ламп, диодов, они позволяют не только пропускать ток в одном направлении, но и усиливать его:

Поэтому триод сразу нашел применение в радиотехнике, энтузиастом которой был Ли де Форест. Кроме того, выяснилось, что с помощью триодов можно создавать колебания в звуковом диапазоне частот, используя эффект гетеродина — получение разностного низкочастотного сигнала из двух высокочастотных. Эту технику использовали и Лев Термен, и Морис Мартено в своих инструментах. Однако, еще до этого, 1915 г. Де Форест построил музыкальный инструмент, который назвал Audion Piano — первый синтезатор на основе электронной лампы.

Audion Piano управлялся одной клавиатурой и использовал одну лампу на октаву. Сгенерированный сигнал обрабатывался каскадом конденсаторов и резисторов для получения более интересного тембра, и затем подавался на динамики.

Форест планировал также усовершенствованную версию инструмента — полностью полифоническую, с отдельной лампой на каждую ноту, но неизвестно, была ли она построена.

 

 

 

Рис. 9. Аудион Ли де Фореста

 

В основе принципа действия электронно –вакуумного триода лежит эффект управления потоком электронов, испускаемых раскалённым металлическим элементом его конструкции - катодом в процессе его движения в вакууме, созданном в стеклянном баллоне лампы к аноду, на который подаётся положительное напряжение, с помощью т.н. сетки.

 

 

Рис. 10. К пояснению принципа действия триода.

 

Подавая слабое напряжение на сетку, мы можем эффективно управлять потоком электронов, пролетающих сквозь неё к аноду, поскольку она находится значительно ближе к испускающему электроны катоду, чем анод, их притягивающий.

Условное обозначение электровакуумного триода на схемах и конструкция приведены на рисунке

 

Рис. 11. Условное обозначение на схемах и конструкция ЭВТ

 

Схема усилителя на ЭВТ и принцип его действия приведены на следующем рисунке 12 пояснений, на мой взгляд не требуют.

 

 

Рис. 12. Схематичное изображение усилительного каскада на ЭВТ

 

За последующие тридцать лет ЭВЛ были серьёзно усовершенствованы. В 1916 г. немецкий физик Вальтер Шоттки из компании Siemens ввёл в конструкцию триода ещё одну сетку и, т. о., изобрёл электронно – вакуумный тетрод, имевший значительно лучшие характеристики по сравнению с триодом, а в 1926 году голландский инженер Бернард Теллеген из компании Philips изобрёл пятиэлектродную лампу, пентод. прослужившую более тридцати лет в электронной и радиоаппаратуре самого различного назначения.

 

 

Рис. 13. Обозначения на схемах электронно - вакуумного диода а), триода б), тетрода в) и пентода г)

 

Следует отметить, что качество воспроизведения музыки ламповыми усилителями на пентодах считается непревзойдённым до настоящего времени.

 

 

Рирс. 14. Слева направо представлены: немецкая и американская лампы 1935 г., пальчиковая лампа США 1939 г., стержневая лампа СССР 1950 г. и современный транзистор (для сравнения).

 

Стержневые лампы, не имеющие западных аналогов, были изобретены инженером Валентином Николаевичем Авдеевым и использованы в радиоаппаратуре первых советских спутников. Важным достоинством ламповой техники является её нечувствительность к радиационному облучению, что объясняет её использование на советских боевых самолётах вплоть до восьмидесятых годов двадцатого века.

Главными недостатками ламп, как усилительных элементов, являются невозможность микроминиатюризации её конструкции и низкий к. п. д. Эти недостатки привели быстрому вытеснению ламповой техники транзисторной, поскольку транзистор лишен этих недостатков.