Что касается потока воды, то для него подобным управляющим прибором является обычный водопроводный кран. Действительно, поворачивая кран, мы перемещаем своеобразную заслонку на пути воды и плавно изменяем мощность потока. Ну, а как создать подобную заслонку для электрического тока? Как ввести ее в проводник? И как перемешать с помощью слабых электрических сигналов? Все эти, казалось бы неразрешимые, задачи довольно просто решаются в электронной лампе.
Ни один уважающий себя кот не полезет за мышкой в ее норку — он будет терпеливо ждать, когда мышь выйдет прогуляться на свежем воздухе. Здесь коту достаточно будет только протянуть лапу — и мышки нет. Учитывая этот убедительный пример, мы тоже не будем стараться проникнуть внутрь проводника для того, чтобы управлять движением зарядов. Выведем эти заряды из проводника «на воздух» и здесь попытаемся поставить на их пути электрическую заслонку[3]. Правда, воздух очень неудачная среда для движения зарядов, ведь он только кажется прозрачным и «пустым». Попробуйте чуть-чуть высунуть руку из движущегося автомобиля, как вы сразу же почувствуете плотность воздуха, его сопротивление — результат столкновения руки с миллиардами молекул различных газов — кислорода, водорода, азота и др.
И вот здесь-то можно вспомнить о космосе, о том, как огромные спутники и корабли двигаются там, не встречая почти никакого сопротивления — в космосе плотность вещества ничтожно мала. Подобные «космические» условия можно создать и в стеклянном баллоне, если с помощью мощных насосов тщательно откачать из него воздух. В таком безвоздушном пространстве, или, как говорят иначе, в вакууме, электрические заряды смогут двигаться практически без столкновений.
Стеклянный, металлический или керамический баллон, в котором создан вакуум, — это основная деталь самых различных приборов для управления движущимися зарядами. Именно поэтому все эти приборы — телевизионные трубки, электронные микроскопы, усилительные лампы — часто называют вакуумными. Попутно заметим, что из обычной электрической лампочки тоже откачивают воздух, но при этом преследуют совсем другие цели. В состав воздуха входит кислород, из-за которого раскаленная нить может просто-напросто сгореть.
Итак, вакуумный баллон для усилительной электронной лампы у нас уже есть. Теперь остаются сущие «пустяки» — нужно создать в баллоне электрический ток и вставить «заслонку» для управления этим током.
* * *
РАДИОПРИЕМНИК ЗАПОЛНЯЕТ АНКЕТУ
Вот несколько вопросов, с которыми покупатель обычно приходит в радиомагазин: «Какой приемник самый хороший? А чем плохи остальные? И какой же все-таки покупать?..»
О радиоприемнике довольно четко рассказывают его главные характеристики — параметры. Вот некоторые из них.
— Диапазоны принимаемых волн.
— Коэффициент нелинейных искажений (в процентах).
— Полоса воспроизводимых частот (в герцах).
— Номинальная выходная мощность (в ваттах), при которой искажения не превышают нормы.
— Чувствительность, которая характеризует способность приемника усиливать слабые сигналы.
Обычно указывается напряжение (в микровольтах) на входе приемника, при котором выходная мощность составляет не меньше 10 % от номинальной. Чем меньше это напряжение, тем, естественно, лучше чувствительность. Так, например, при чувствительности 50 мкв можно принимать более слабые станции, чем при 200 мкв.
— Избирательность по соседнему каналу (обычно в децибелах) величина, показывающая, во сколько раз ослабляется соседняя станция по сравнению с принимаемой («расстояние» по частоте — 10 кгц).
— Избирательность по зеркальному каналу («расстояние» по частоте — 930 Мгц).
Имеется и целый ряд других параметров, характеризующих уровень фона, эффективность системы АРУ, стабильность частоты гетеродина, потребляемую мощность, степень регулировки тембра и полосы пропускания, уровень собственных шумов и др. Но одна только анкета, пусть даже самая подробная, не может полностью охарактеризовать приемник. Ведь имеются еще и такие важные показатели, как внешний вид, отделка, тембр звучания, удобство управления, надежность… Вот почему даже детально познакомившись с основными параметрами приемника, вы можете без стеснения задавать продавцам, а еще лучше мастерам-ремонтникам, традиционный вопрос: «Так какой же приемник все-таки стоит покупать?»
* * *
Не нарушая герметичности баллона, введем в него с разных сторон два электрода (электродами называют расположенные внутри баллона металлические детали, выполняющие какие-то определенные функции по созданию тока и управлению им), а к их выводам, то есть к той части электродов, которая сквозь стекло выходит из баллона, подключим обычную батарейку. Давайте сразу же договоримся: тот электрод, к которому подключен «плюс» батареи, называется анодом, а тот, к которому подключен «минус», — катодом. Батарею, включенную между анодом и катодом, принято называть анодной, хотя с таким же успехом ее можно было бы назвать катодной или, еще точнее, анодно-катодной. В пашем простом примере анод и катод — это совершенно одинаковые металлические пластинки — их даже можно поменять местами. В настоящей лампе анод и катод устроены совершенно по-разному.
После подключения к электродам анодной батареи в баллоне появится ток. Электроны будут вылетать из катода и двигаться к аноду — отрицательно заряженный электрон стремится к «плюсу». В то же время, если на аноде каким-то образом появятся свободные положительные заряды, то они будут двигаться к «минусу», то есть к катоду.
В большинстве электровакуумных приборов, так же, как и в металлических проводниках, ток создают свободные электроны. Только они могут покинуть свои атомы и отправиться в «космический» полет от катода к аноду. Именно эти неутомимые и дисциплинированные труженики позволили создать тысячи точнейших методов и изумительных приборов, объединенных одним словом — электроника. Однако при рассмотрении электронных схем на движение электронов, как всегда, не обращают внимания, а пользуются условным направлением тока — считают, что ток протекает от «плюса» к «минусу», то есть от анода к катоду.
Описывая наш простейший электронный прибор — вакуумный баллон с двумя металлическими электродами, — мы упустили из виду одну «мелочь». Даже при большом напряжении анодной батареи — десятки и сотни вольт — анодного тока в баллоне не будет. Может быть, конечно, несколько наиболее резвых электронов прорвутся к аноду, но они погоды не делают, особенно если учесть, что из анодного тока мы хотим создать «мощную копию» усиливаемого сигнала.
Что же мешает возникновению анодного тока? Ведь в вакууме уже ничто не тормозит движения зарядов?
В вакууме электроны действительно двигаются совершенно свободно, но выйти из катода им так же трудно, как и раньше. Препятствий для выхода электронов несколько. Одно из них — это знакомое нам электронное облако (стр. 13), которое своим отрицательным зарядом отталкивает вылетающие электроды обратно к катоду.
Итак, последовательно, шаг за шагом, мы стараемся преодолеть все трудности, связанные с созданием электронного управляющего прибора. Облегчить электронам выход из катода — вот задача, которая стоит перед нами сейчас. Решается она довольно легко — катод необходимо сильно нагреть. При этом станет более интенсивным хаотическое движение электронов в металле и многие из них будут просто-напросто выпрыгивать из него. Выбрасывание электронов раскаленным катодом называется термоэлектронной эмиссией (термо — тепло, эмиссия — испускание, выбрасывание).
Как же практически разогреть катод? Какой нагреватель применить — костер, примус или электроплитку? Первые два варианта, конечно, относятся к области шуток, ну, а плитка нам вполне подходит. Правда, это будет специальная плитка — роль спирали в ней будет выполнять… сам катод. Изогнем катод в виде дуги или спирали, выведем его второй конец из баллона и к имеющимся у нас теперь двум выводам катода подключим батарейку (рис. 34, а). При этом мы получим самостоятельную, так называемую накальную цепь, которая никакого отношения к другим цепям усилителя, как правило, не имеет. Минус анодной батареи можно подключать к любому из выводов катода. Вот теперь в нашем распоряжении настоящий электровакуумный прибор, простейшая электронная лампа — диод (рис. 34, б).
