rozdział 1 - lampy elektronowe - chapter 1

Lampy elektronowe stanowią swoisty ewenement ostatnich lat. O ile jesteśmy przyzwyczajeni do nawiązywania do dawnych nurtów w takich "nietechnicznych" dziedzinach jak np. moda czy muzyka, to renesans w dziedzinie opartej na zdobyczach technologii jest czymś niespotykanym. Spełniwszy swoje zadanie lampy elektronowe (pomijając nieliczne zastosowania) w latach 70-tych XX wieku praktycznie przestały być stosowane. Wyparte przez tranzystory pozostały jedynie w literaturze jako relikty przywoływane w kontekście porównań z doskonalszymi półprzewodnikowymi następcami. Zdawać się mogło, że po wyeliminowaniu lampy kineskopowej i lamp nadawczych bardzo dużej mocy lampę elektronową będzie można zobaczyć jedynie w zakurzonej książce w jakimś zapomnianym antykwariacie lub muzeum techniki. A tu nagle taka niespodzianka! Najpierw nieśmiało, w formie pojedynczych doniesień traktowanych jako ciekawostki raczej niż poważne informacje, potem coraz częściej, w literaturze poświeconej zagadnieniom audio na nowo zagościł czar świecącej bańki. Gdy zaczęto reaktywować stare fabryki produkujące lampy i budować nowe, sprawa przestała być marginalnym zjawiskiem, lecz faktem. Tak! Lampy elektronowe powróciły. Wprawdzie wyłącznie w kontekście zastosowań w sprzęcie elektroakustycznym, ale za to w ekstraklasie tych zastosowań.

1.1. Nieco historii

Lampę elektronową zaliczyć możemy do grupy wynalazków technicznych, które choć odegrały istotną rolę w rozwoju cywilizacyjnym, nie mają ani jednoosobowego twórcy ani ściśle określonego w czasie momentu powstania. Analiza źródeł literaturowych, w których szacowni Autorzy ambitnie prześcigają się w przesuwaniu daty powstania lampy elektronowej do zamierzchłej przeszłości utwierdza tym przekonaniu.
Statystycznie rzecz ujmując najczęściej przywoływanym w kontekście powstania lampy elektronowej zdarzeniem jest odkrycie przez Edisona¹⁾ dziwnego zjawiska, które zachodziło w jego żarówkach pogarszając ich walory użytkowe. Edison stwierdził, że podczas pracy na wewnętrznej stronie bańki żarówki pojawia się zaciemnienie. Żarówki Edisona były wówczas wyposażone w żarniki węglowe. Edison wywnioskował, że czarna plamka ma jakiś związek z emisją cząsteczek włókna żarówki, które po dotarciu do ścianki bańki osadzają się na niej. W celu wyeliminowania "brudzenia" bańki żarówki Edison umieścił w jej wnętrzu metalową płytkę, którą po wielu próbach spolaryzował dodatnio w stosunku do żarnika. Zadaniem płytki było odwrócenie kierunku poruszania się cząsteczek od powierzchni bańki.


Żarówka Edisona - rysunek z patentu 223898 z 1880roku	Replika jednej z pierwszych żarówek Edisona	Model żarówki Edisona z dodatkową elektrodą eliminującą efekt czarnej plamki

Edison nie był w stanie wyjaśnić dlaczego tak się działo, lecz urządzenie działało i to było dla niego najważniejsze. Oczywiście urządzenie zostało przez niego opatentowane dołączając do pozostałych 1092 uzyskanych przez niego patentów.
Zjawisko zaobserwowane przez Edisona wykorzystał w 1904 roku John Ambrose Fleming. Fleming w 1899 roku został konsultantem w firmie Marconi Company. Nieobce więc mu były problemy związane z pionierskimi pracami Marconiego dotyczącymi łączności bezprzewodowej. Bardzo zaangażował się w te prace biorąc m.in. udział w konstruowaniu układu wykorzystanego przez Marconiego do nawiązania pierwszej łączności radiowej przez Atlantyk. Fleming zdawał sobie sprawę, że istotnym elementem wpływającym na odległość transmisji był brak dostatecznie czułego urządzenia do detekcji sygnałów. W tamtych czasach do tego celu wykorzystywano tzw. koherer. Efektem prac Fleminga było opatentowanie przyrządu, który sam nazwał "lampą oscylacyjną", a który był w istocie pierwszą dwuelektrodową lampą elektronową czyli diodą.


Eksperymentalne diody Fleminga

Bardzo ważnym etapem w rozwoju lamp elektronowych było wynalezienie triody. Większość źródeł historycznych podaje, że dokonał tego w 1906 roku Lee de Forest. Można jednak znaleźć przesłanki, dowodzące że prawdziwa trioda została przez niego zgłoszona jako wniosek patentowy dopiero rok później (taka informacja zawarta jest w bibliografii Lee de Foresta opublikowanej przez IEEE). W 1906 roku Lee de Forest opatentował bezprzewodowy detektor wykorzystujący lampę dwuelektrodową, którą nazwał Audionem. Niespełna rok później wystąpił z wnioskiem patentowym na trójelektrodową odmianę Audionu. Była to pierwsza trioda zawierająca wewnątrz szklanej bańki siatkę sterującą przepływem elektronów. Bez względu na fakt, czy miało to miejsce w 1906 czy też 1907 roku należy stwierdzić, że wynalazek Foresta stanowił naprawdę przełomowy moment w rozwoju radioelektroniki.


Eksperymentalne triody (Audiony) Foresta

Od samego początku Lee de Forest liczył, że jego wynalazek odegra ważną role w zastąpieniu telegrafu drutowego łącznością bezprzewodową. Była to jego idee fixe. Forest rozpoczął intensywne eksperymenty związane z budową wzmacniacza wykorzystującego lampy trójelektrodowe. W 1912 roku zademonstrował działający wzmacniacz trzylampowy, który sprawował się na tyle dobrze, że zainteresowała się nim znana firma AT&T. Rok później zbudował wzmacniacz zawierający cztery lampy. Mimo tych niewątpliwych osiągnięć popartych wieloma publicznymi demonstracjami Lee de Forest nie miał łatwego życia. W 1913 roku został nawet oskarżony o zwodzenie akcjonariuszy "absurdalnymi obietnicami". Doczekał się jednak rekompensaty w postaci wdrożenia swego wynalazku. Przeżył chwile tryumfu w 1916 roku, gdy reklama jego produktów została po raz pierwszy wyemitowana drogą radiową. W tym samym roku miała miejsce również pierwsza w historii relacja radiowa z wyborów prezydenckich w Stanach Zjednoczonych.
I tak zaczął się rozkręcać lampowy interes. Pomału mijał jednak czas indywidualistów stawiających milowe kamienie w rozwoju radiotechniki, a zaczynał okres mrówczej pracy zespołowej, drobnych ulepszeń i modyfikacji.
Pierwsze lampy elektronowe trudno było uznać za produkt komercyjny przygotowany do zastosowań praktycznych. Jednym z podstawowych problemów, z jakimi borykali się konstruktorzy na wczesnym etapie wdrażania lamp elektronowych do produkcji były kłopoty z uzyskaniem dostatecznej próżni wewnątrz bańki. Problem ten został rozwiązany dzięki opracowaniu przez I. Langmuira metody wytwarzania próżni za pomocą tzw. pompy dyfuzyjnej. Jednak próżnia to nie jedyny, choć niesłychanie istotny parametr decydujący o jakości lampy. Technologie stosowane na początku XX wieku były oględnie rzecz ujmując dosyć prymitywne i budowane w oparciu o nie lampy były po prostu zbyt zawodne. Dopiero dzięki intensywnym pracom (m.in. Harolda Arnolda z Western Electric oraz Irvina Langmuira z General Electric) w ciągu paru lat powstały konstrukcje lamp o czasie pracy przekraczającym 1000 godzin. To już były "rasowe" lampy elektronowe, a nie egzemplarze nadające się głównie do celów pokazowych. Nadszedł rok 1915 i światło dzienne ujrzała legendarna lampa o oznaczeniu 101B (pierwotne oznaczenie Typ-L). Jej wytwórca, firma Western Electric gwarantowała, że lampa będzie pracowała 4000 godzin. Ruszyła machina produkcyjna. Jak grzyby po deszczu powstawały fabryki lamp oraz zakłady wytwarzające bazujące na nich urządzenia. Nadszedł kilkudziesięcioletni okres panowania lamp elektronowych, które odcisnęły swe piętno na wielu dziedzinach naszego życia.

[ciąg dalszy wkrótce]

1) Thomas Alva Edison urodził się 11 lutego 1847r. w Milan, w stanie Ohio. Jako chłopiec nie przejawiał specjalnych zdolności. W wieku 12 lat przestał uczęszczać do szkoły i kontynuował edukację w domu. Przyczyną tej rozpaczliwej decyzji podjętej przez jego matkę była całkowita odporność małego Thomasa na wysiłki nauczycieli, w kierunku wpojenia mu jakiejkolwiek wiedzy. Z opinią "tumana" opuścił mury szkoły by stać się jednym z najsłynniejszych w historii samouków. Edison miał niesamowite szczęście do przypadkowych odkryć. Wystarczy wspomnieć, że w okresie, gdy prowadził intensywne prace nad sztucznym oświetleniem nie miał zielonego pojęcia na czym polega prawo Ohma.