Стержневые радиолампы и их применение в технике связи

Важным этапом развития электронной техники второй половины ХХ века стало появление принципиально нового вида электровакуумных приборов - стержневых радиоламп (рис. 1). Они были изобретены видным отечественным инженером Валентином Николаевичем Авдеевым (1915-1972) в ОКБ-617 (г. Новосибирск) и производились с 1956 г. по 1991 г. [1]. Обладая повышенной механической прочностью и надёжностью (за счёт отсутствия витых сеток и, как следствие, невозможности их провисания и замыкания), эти лампы были самыми экономичными из существовавших на тот момент. Ещё одним важным качеством новинки явился большой срок службы. Например, у стержневого пентода 1Ж29Б минимальная гарантированная долговечность при годности 90 % составляет 2000 ч для ранних выпусков и 3000 ч для поздних, а у варианта с повышенной надёжностью - лампы 1Ж29Б-В - этот показатель составляет и вовсе астрономические для радиолампы - не менее 5000 ч. Для обычных сеточных ламп такие цифры были запредельными. Самый распространённый в то время пентод высокой частоты 6Ж1П имел гарантированную наработку всего 500 ч. Правда, были и более долговечные варианты этой лампы. Новаторская конструкция также обеспечила пониженные межэлектродные ёмкости и высокое входное сопротивление. У большинства стержневых ламп - не менее 50...60 кОм на частоте 60 МГц, у 1Ж24Б - не менее 100 кОм. На этом фоне довольно скромная крутизна передаточной вольт-амперной характеристики (1...2,5 мА/В) была вполне приемлемой.

Рис. 1.

Таблица 1

Таблица 2

Перечисленные выше обстоятельства однозначно предопределили область применения стержневых радиоламп - устройства и системы связи специального назначения, некоторые из них приведены в табл. 1 и табл. 2. В интересах Главного разведуправления Генерального штаба были разработаны переносные КВ-радиостанции Р-350М, Р-353 и Р-354 с возможностью высокоскоростной полуавтоматической телеграфии. Практически на всю советскую бронетехнику тех лет штатно устанавливались УКВ-радиостанции Р-123 и её модификации, а в командирских машинах были и КВ-радиостанции Р-130. В различных родах войск применялись ранцевые радиостанции Р-105М-Р-109М и созданная на их основе радиостанция Р-407 для радиорелейных линий связи. Аппаратура на стержневых лампах широко применялась и в авиации. Вертолёты Ми-8 были оснащены радиостанциями Р-860, а легендарные "кукурузники" АН-2 и вертолёты Ка-26, Ми-2, Ми-8Т - радиостанциями Р-842. 12 апреля 1961 г. Ю. А. Гагарина сопровождала в полёте портативная радиостанция Р-855У, выполненная на пентодах 1Ж29Би 1П24Б.

На рубеже 50-х и 60-х годов стержневые радиолампы пришли и в гражданский сектор. "Недра-1" (её схема опубликована в [2]) стала первой КВ-радиостанцией СВ-диапазона с SSB для народного хозяйства. Р-126, использо-вавшаяся в пограничной службе, получила одноканальный кварцованный вариант 24Р1 "Чиж" для промышленных предприятий. Для нужд Госинспекции связи и органов КГБ армейский пеленгатор "Пеликан" производился под названием "Орёл-1". Основой парка связной техники в системе МВД стало семейство радиостанций "Марс", аналогичных Р-848 "Марс" (табл. 2). По мере развития полупроводниковой техники сфера применения электровакуумных приборов всё больше сокращалась, и в радиостанциях "Пальма", "Ястреб", "Микрон" на стержневых лампах выполнен только предвыходной каскад передатчика.

Особенности применения радиоламп стержневого типа подробно описаны в [3-5]. Интересно отметить, что, вопреки указанию в руководящих материалах Госкомитета по электронной технике [6], питать экранирующие сетки надо от делителя напряжения, в ряде изделий (Р-126, Р-130/130М, Р-850 и др.) они запитаны через гасящие резисторы.

Весьма полезное свойство стержневых ламп состоит в том, что при включении в обращённом режиме их характеристики по второй и третьей сеткам симметричны, т. е. в широкой области минусовых напряжений анода изменение этого потенциала влияет только на токораспределение между второй и третьей сетками, а их суммарный ток и ток первой сетки остаются неизменными. Напряжение анода, при котором токи второй и третьей сеток равны, зависит от тока первой сетки и в гораздо меньшей степени от напряжения питания второй и третьей сеток. Это позволяет получить балансный каскад на одной лампе, превосходящий по стабильности обычные балансные каскады на двойных триодах [7]. На этом принципе основана работа лампового электрометра, запатентованного Физико-энергетическим институтом [8].

Некоторые характеристики стержневых ламп (зависимости динамических ёмкостей от напряжения на электродах, статические характеристики) приведены в [9]. Анодные характеристики и фотографии внутреннего устройства пентодов (рис. 2) можно найти в [10]. Применение ламп в диодном включении описано в статье [11].

Рис. 2.

Важной спецификой стержневых ламп является высокая чувствительность к электрическим перегрузкам. Даже кратковременные, они приводят к резкому сокращению срока службы. Важно соблюдать правильную полярность питания катода прямого накала, поскольку переполюсовка может вывести лампу из строя. Также важна фильтрация напряжения накала, например, в радиостанции Р-107 уровень пульсаций напряжения накала - 2 мВ. Максимальное значение мощности, рассеиваемой электродами, допустимо только кратковременно. При пайке гибких выводов ламп не следует допускать их изгиба и пайки выводов на расстоянии менее 3 мм от стеклянного корпуса и, кроме того, следует принимать меры, предотвращающие растрескивания и сколы стекла. Перед пайкой гибких выводов их следует обезжиривать погружением в спиртовой раствор канифоли или любым другим способом. Во время пайки рекомендуется применение пинцета, отводящего тепло от выводов в месте впая в стекло. Рекомендуется принимать меры, обеспечивающие минимальную температуру баллона лампы (например, улучшение вентиляции, рациональное размещение ламп в блоках, применение теплоотводящих панелей и экранов).

Анализ представленной в табл. 1 и 2 информации показал, что наиболее "ходовым" в плане применения является пентод 1Ж24Б - пожалуй, одна из самых экономичных радиоламп в мире (наряду с другим стержневым пентодом 1Ж30Б). Ток её накала - всего 13 мА! На этом типе ламп сделаны усилители промежуточной частоты в большинстве указанных радиостанций. Схемотехнически они представляют собой от двух до четырёх резонансных каскадов с автосмещением или подачей на первые сетки минусового напряжения. В УПЧ радиостанции Р-111 резонансные каскады дополнены апериодическими (резистивными). В Р-350М однокаскадный УПЧ сделан по схеме регенератора и выполняет также функцию детектора телеграфного сигнала.
Специально для смесителей были разработаны пентоды 1Ж37Б с двумя управляющими сетками. Их стержни не соединены в баллоне между собой, и от каждого из них сделаны выводы. При всех условиях эксплуатации этой лампы напряжение экранной сетки не должно превышать напряжения анода (даже кратковременно). Там, где это возможно по условиям применения, следует использовать автоматическое смещение за счёт включения в цепь катода сопротивления соответствующего значения.

В схемах двухсеточных преобразователей частоты применялись лампы с отдельным выводом защитной сетки (1Ж17Б, 1Ж24Б, 1Ж29Б, 1Ж30Б, 1Ж37Б, 1Ж42А). В этом случае на неё подаётся напряжение гетеродина, а на управляющую сетку - напряжение сигнала. Минусовое напряжение смещения устанавливают на обеих сетках.

Для схем с низковольтным батарейным питанием разработаны пентоды 1Ж30Б, 1Ж42А со сверхмалым анодным напряжением (12 В и 6 В соответственно). У них, как и в случае лампы 1Ж37Б, две управляющие сетки, а крутизна - всего 0,65 мА/В и 0,46 мА/В, что сопоставимо с крутизной вольт-амперной передаточной характеристики у полевого транзистора серии КП101. Кроме того, эквивалентное шумовое сопротивление у ламп 1Ж42А достигает 25 кОм, поэтому большого распространения они не получили.

В усилителях мощности высокой частоты большинства радиостанций, представленных в табл. 1 и табл. 2, использованы выходные пентоды 1П24Б и 1П24Б-В, включённые по двухтактной ("Пальма") или однотактной схеме с одной, двумя (Р-353, Р-809М2, Р-850), тремя (Р-350М, Р-354, Р-851) и даже четырьмя ("Ястреб") параллельно соединёнными лампами. Оптимальное сопротивление нагрузки для лампы 1П24Б (1П24Б-В) - около 3,2 кОм. При таком эквивалентном сопротивлении анодного колебательного контура она развивает мощность 1,5 Вт на частоте 50 МГц.

Отдельную категорию стержневых пентодов составляют лампы с повышенной ударопрочностью и малым сроком службы (единицы часов), предназначенные для аппаратуры одноразового применения, например, в ракетных и артиллерийских снарядах. Об истории этих специальных ламп рассказано в [12]. Пентод 1Ж25Р серии "Патрон" - одна из самых ранних стержневых ламп. Его отличительной особенностью является несимметричность конструкции, что позволило предельно уменьшить размер баллона. Развитием этой линейки стал пентод 1Ж26А, а появившиеся в 1961 г. и 1962 г. лампы 1П32Б и 1Ж36Б её подытожили.

Технология производства всех ламп стержневой конструкции осваивалась на опытном заводе при НИИ "Восток". Серийный выпуск также был налажен на Новосибирском электровакуумном заводе "Союз" и построенном специально для выпуска сверхминиатюрных ламп Орловском заводе электронных приборов [13].

Литература

1.НЗПП "Восток". История. - URL: https://nzpp.ru/company/history/7PAGEN_ 1=2 (27.12.23).

Автор: С. Богатенков (UN7FIL), г. Экибастуз Павлодарской обл., Казахстан