Лампы серии "Патрон" и "Молекула"
Противостояние США и СССР в середине XX века велось не только на политическом и военном фронтах, но и в сфере технологий, где особое значение имела гонка в области электроники. В то время как США добивались успехов в массовом производстве транзисторов, советская наука предложила уникальное временное решение — стержневые радиолампы Валентина Авдеева. Эти лампы сочетали компактность и надежность, приближаясь по характеристикам к транзисторам и превосходя традиционные радиолампы по сроку службы и устойчивости к внешним воздействиям. Благодаря им была создана миниатюрная и прочная аппаратура связи для армии и космоса, которая служила десятилетиями, пока советская промышленность совершенствовала производство полупроводников. Стержневые лампы, такие как, например, 1п24б-в, хорошо известны радиолюбителям, но мало кто знает, что существовали лампы специального назначения, имевшие уникальные характеристики...
Валентин Николаевич Авдеев
В конце 1940-х годов Валентин Николаевич Авдеев был привлечён к выполнению заказа Министерства Обороны СССР на разработку сверхминиатюрных радиоламп для радиовзрывателей зенитных снарядов и авиабомб. Для этих задач требовались лампы с повышенной прочностью и значительно уменьшенными массогабаритными характеристиками, которые обычные стержневые лампы обеспечить не могли. В результате кропотливой работы была создана серия «Патрон», включающая пентод 06П1А, триод 1С1А, тиратрон 1Т1А и диод 06Д1А. Лампы этой серии отличались характерным сроком службы, измеряемым десятками минут, повышенным сроком сохраняемости, выдающейся устойчивостью к перегрузкам и удивительной компактностью.
В начале 1950-х годов была разработана серия сверхминиатюрных ламп «Молекула», включающая пентод 1Ж25Р, триод 1С38А и тиратрон ТГ5Р. Эти лампы предназначались для радиовзрывателей артиллерийских снарядов и обладали характеристиками, сходными с лампами серии «Патрон», но при этом имели значительно меньшие размеры. Именно их можно по праву считать самыми маленькими радиолампами в мире. Так, например, известен любительский радиоприёмник на базе 1Ж25Р и 1С38А, собранный на четырёх лампах и полностью помещающийся в корпус обычных наручных часов. Даже появившиеся спустя многие годы нувисторы — электровакуумные аналоги транзисторов — имели заметно большие габариты.
Сравнение размеров ламп серий "Патрон" и "Молекула" с размерами современного транзистора и сверхминиатюрной лампы 1ж18б
Информация о лампах серий «Патрон» и «Молекула» долгое время оставалась засекреченной: упоминания о них отсутствовали в открытых справочниках, а сами лампы не поступали в свободную продажу. В настоящее время эти редкие образцы периодически появляются на различных торговых площадках, а основная информация о них доступна преимущественно благодаря коллекционерам и энтузиастам.
Триод 1с38а
Триод 1с38а обладает компактными размерами: его диаметр не превышает 4.8 мм, а длина (высота) составляет всего 19.3 мм при массе не более 0.7 г, что делает его меньше многих транзисторов того времени. Характеристики триода достаточно скромные: номинальное анодное напряжение составляет 70 Вольт при токе 1.5 мА, а напряжение накала — 0.9 Вольт при токе 85 мА. Тем не менее, этих возможностей вполне достаточно для создания компактной ламповой катушки Тесла, способной зажигать небольшие газоразрядные приборы, такие как неоновые индикаторные лампы. Низкое энергопотребление позволяет питать устройство от одного гальванического элемента типа АА. Полная информация о триоде 1с38а, взятая из отраслевого справочника ВНИИ Электронстандарт, прилагается к статье (справочник найден в открытом доступе в интернете).
VTTC
Катушка Тесла построена по топологии бейзфид, которая обычно используется в факельниках, работающих на частотах выше 10 МГц. Однако с небольшими доработками эта схема успешно применяется и для традиционных "низкочастотных" генераторов. Основные преимущества данной схемы заключаются в автоматической подстройке резонанса, простоте настройки, высокой эффективности и отсутствии редких компонентов. VTTC состоит из дросселя L1 (маломощная выводная зелёная индуктивность), триода VL1 (1с38а), резистора R4 (430 кОм, 0.25 Вт) и конденсатора C3 (MLCC, X7R, 10 нФ, 50 В), образующих последовательный гридлик, а также вторичной обмотки (резонатора) L2 и обмотки обратной связи L3. Для питания анодных цепей катушки можно использовать блокинг-генератор из электронной зажигалки для газа, так как его выходной ток и напряжение идеально подходят для питания VTTC на триоде 1с38а. Подробный обзор такой электрозажигалки ранее публиковался на сайте. Блокинг-генератор собран на транзисторе VT1 (S8550D), резисторе R2 (200 Ом, 0.25 Вт) и автотрансформаторе TV1. Выходные импульсы блокинг-генератора выпрямляются импульсным диодом VD1 (FR107) и сглаживаются конденсатором C2 (MLCC, X7R, 4.7 мкФ, 100 В). Резистор R3 (4.7 МОм, 0.25 Вт) служит для разрядки конденсатора C2 после отключения питания. Резистор R1 (6.8 Ом, 0.25 Вт) создает необходимое падение напряжения для питания накала VL1 от 1.5 Вольт. Конденсатор C1 (MLCC, Y5V, 10 мкФ, 50 В) сглаживает пульсации, создаваемые блокинг-генератором.
Источник питания, коим служит одна щелочная батарея типа АА с напряжением 1.5 Вольта, подключается к схеме через самодельный блок, состоящий из закрытого батарейного отсека с выключателем и вилки JST 1.25. Изготовление данного блока не представляет сложности и представлен на следующих трёх рисунках.
Печатная плата заводского изготовления, длина 34 мм, ширина 22 мм, толщина 0.8 мм, толщина меди 18 мкм. Разработка проводилась в SprintLayout 6, соответствующие файлы Gerber и Drill, ровно как и исходник, приложены к статье.
Вторичная обмотка намотана на акриловой трубке с внешним диаметром 10 мм и толщиной стенки 1 мм, обмотка содержит порядка 250 витков проводом 0.063 мм, высота намотки составляет 20 мм. При изготовлении каркаса особенно важно обеспечить максимально ровные края.
Отпилить достаточно ровный кусок трубки можно с помощью стусла и ножовки по металлу.
Отрезок акриловой трубки обматывается ровно отрезанным куском бумаги в несколько слоёв так, чтобы каждый следующий слой не был смещён относительно предыдущего. От края трубки при этом стоит отступить минимальное расстояние. Затем с помощью наждачной бумаги с мелким зерном сошлифовывается выступающий из-за бумаги пластик.
Для точной разметки кромки можно обернуть трубку листом бумаги
Для крепления провода на концах обмотки в каркасе сверлятся пары отверстий диаметром 0.5 мм.
По завершении изготовления каркаса его необходимо промыть изопропиловым спиртом и просушить, после чего можно приступить к намотке. Намотку следует проводить в перчатках.
Сразу после намотки катушка покрывается лаком "Цапон" для закрепления витков и повышения электрической и механической прочности. Поскольку лак достаточно текуч, первые несколько минут просушки стоит постоянно вращать катушку, чтобы обеспечить равномерное распределение лака.
Спустя примерно 30 минут просушки вторичная обмотка приклеивается к печатной плате с помощью секундного клея (на основе цианоакрилата).
Обмотка обратной связи выполнена проводом 0.56 мм и состоит из 8 витков. Диаметр обмотки порядка 13 мм, без каркаса. Для намотки в качестве временного каркаса можно использовать трубку того же диаметра, что и вторичная обмотка, предварительно намотав на неё порядка 10 слоёв скотча.
После монтажа вторичной обмотки и обмотки обратной связи выполняется установка всех оставшихся компонентов.
В собранном виде устройство столь компактно, что полностью помещается в пластиковую капсулу от шоколадного яйца с игрушкой.
Для оценки размеров собранной ламповой катушки можно сравнить её с китайским качером на BD243C. Отметим, что Фемтотесла на 1п24б-в, представленная в статье в 2019 году, имела такие же размеры, что и китайская катушка.
Катушка получилась достаточно экономной: одной стандартной щелочной батарейки типа АА гарантированно хватает на несколько минут работы (ровно столько потребовалось для проведения всех экспериментов). Долговечность триода в данной схеме целенаправленно не измерялась, однако, ввиду пониженного относительно заявленного номинального напряжения накала и непревышения номинального анодного напряжения, можно предположить срок службы не менее гарантированного производителем, то есть не менее 60 минут, чего более чем достаточно для данного устройства. Среди недостатков собранной катушки можно отметить малую мощность производимого ей поля, что в значительной степени обусловлено малыми габаритами вторичной обмотки и высокой плотностью монтажа, результатом которого стали нежелательные взаимодействия между лампой VL1, автотрансформатором TV1 и вторичной обмоткой L2. Поля, создаваемые данными компонентами, оказывают негативное влияние на работу лампы. Подобная проблема ранее не позволила запустить VTTC на 1п24б-в. Помимо того, дроссель L1, в качестве которого используется зелёная выводная индуктивность, не предназначен для работы на столь высоких частотах, что также негативно сказывается на работе катушки. Данные недостатки могут быть устранены при некотором увеличении размеров устройства. В заключении можно отметить, что несмотря на все описанные выше недостатки, представленное в статье устройство превосходит предыдущий вариант самой маленькой VTTC по мощности производимого поля, компактности, эффективности и качеству исполнения. Предложенная в статье схема VTTC топологии бейзфид, согласно проведённым экспериментам, обеспечивает бОльшую стабильность, мощность и эффективность в сравнении с представленным ранее в статье "Фемтотесла на 1п24б-в. Часть 1" вариантом.
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
Автор: Глеб2003