Кошачий глаз. Изучаем культовую радиолампу
Привет, Хабр! Есть в радиолампах какая-то первобытная магия, которая заставляет обращаться к ним не только гитаристов, в поисках приятных аудиальной эстетике «тёплых» чётных гармоник и мягких искажений при ограничении сигнала, но и просто любителей слушать музыку и паять электронные самоделки.
На днях я попробовала испытать электронную лампу 6Е1П 1967 года выпуска, а вместе с ней ещё три индикатора разных лет и стран изготовления.
В позапрошлой статье мы собрали блок питания для ламповой схемы, а сегодня пробуем его в действии. Для этого я соберу набор, заказанный на народной торговой площадке Алиэкспресс. Должна получиться плата для включения электронной лампы EM84, она же 6FG6, индикатора уровня сигнала.
Производилась она немецкой фирмой Funkschau с 1957 года, была исследована реверс-инженерами СССР, в результате чего отечественные магнитофоны получили индикатор уровня записи, чтобы качественнее переписывать Визбора и Высоцкого, а радиолы — индикатор точности настройки на волну, для наилучшего прослушивания Голоса Америки. Советское изделие получило название 6Е3П. Что означает напряжение накала 6.3 вольта, вакуумный люминесцентный индикатор, миниатюрное пальчиковое исполнение.
Набор укомплектован лампой 6Е2 выпуска июля 1982, это китайская копия 6Е3П. На полтора года моложе меня. Хорошо жилось детям в крупных городах позднего СССР, потому что все проблемы и заботы лежали на плечах взрослых. Правда, бананы и сосиски тогда я видела только в мультфильмах, зато китайская тушёнка Великая Стена и венгерские мясоовощные консервы Глобус были настолько прекрасны, что запомнились на всю жизнь. Хотя на тот момент даже «Завтрак туриста», представлявший собой рыбный паштет с перловкой, казался очень вкусным.
Оригинальная 6Е3П в коробочке с этикеткой, у меня тоже есть. Подарили добрые люди. Лампам почти сорок лет, при этом обе не были в эксплуатации. Посмотрим, будут ли они работать, и насколько хорошо. Надеюсь, что заработает хоть одна. Тогда время потрачено не впустую.
▍ Принцип работы лампы
Если предельно упростить кинескоп телевизора или электронно-лучевую трубку осциллографа, получится вакуумный люминесцентный индикатор. У него есть нагретый катод косвенного накала, излучающий электроны.
Изнутри стеклянной колбы откачан воздух, чтобы молекулы газов не мешали прохождению электронов. А серебристое вещество, нанесённое на внутреннюю часть на стекло, в верхней части баллона — газопоглотитель, чтобы вакуум не портился, если из какой-то части лампы при работе выделится газ. Поглощая газ, этот слой белеет, визуально оповещая о негодности лампы.
Анод имеет форму коробочки из тонколистового металла, к которой подводится напряжение 250 вольт, положительное по отношению к катоду. Позитивно заряженный анод притягивает отрицательно заряженные электроны, и они летят в сторону анода.
В аноде прорезано широкое окошко, поэтому не все электроны попадают на анод и возвращаются в цепь питания. Часть электронов вылетает через окошко и попадает на слой виллемита, он же силикат цинка, нанесённый изнутри на стекло баллона. Это люминофор, который излучает фотоны света в случае попадания на него электронов.
Таким образом выходит красивый зелёный фонарик. Но кроме катода и анода, между ними есть отклоняющие электроды. Электрический потенциал на них положительный, равный потенциалу анода или ниже его. Эти управляющие электроды своим потенциалом притягивают или отталкивают поток электронов.
Таким образом, этот поток становится более широким или более узким. Потому что этот поток ограничен окном анода. Если отклонить в сторону, он становится узким, если в направлении середины окна, то широким. И соответственно светящаяся область на экране получается длинной или короткой. То есть, эта лампа — фонарик-вольтметр, индикатор напряжения.
▍ Изучаем схему
Но как получить управляющее напряжение от 30 до 250 вольт? Для этого внутри лампы предусмотрен вакуумный триод. Его анод соединен с отклоняющим электродом индикатора, а на сетку подаётся от нуля до минус пятнадцати-двадцати вольт по отношению к катоду. Это уже удобное напряжение.
Анод встроенного триода и управляющие электроды индикатора соединены с источником питания 250 В через резистор R7 и подстроечный резистор R2. Чем выше негативный потенциал на сетке триода, тем больше он мешает потоку электронов, летящих к аноду. Выходит меньший ток через два резистора и, соответственно, меньшее падение напряжения на них. Потенциал управляющего электрода будет выше. И наоборот.
При низком потенциале управляющие электроды отклоняют поток электронов к краям окошка, и мы видим две узкие полоски света по краям экрана. При высоком напряжении всё наоборот, электроны отклоняются к центру, полоски света занимают всё большую площадь экрана, по направлению к его середине.
А когда потенциал отклоняющих электродов приближается к потенциалу анода, полоски света заходят одна на другую. Получается перехлёст, и в месте их соединения мы увидим более яркое свечение.
На диодах D1 и D2 собраны двухполупериодный пиковый детектор, по схеме удвоителя напряжения. Конденсатор C3 заряжается и положительной, и отрицательной полуволнами входного переменного напряжения, и медленно разряжается из-за большого сопротивления резистора R5. Получается интегратор, он же фильтр нижних частот.
И я чуть не забыла подчеркнуть, что этот детектор-выпрямитель производит не положительное, как мы привыкли, а отрицательное напряжение. Именно такое, какое нужно сетке триода.
Ещё мы с вами на этом примере видим, как получить отрицательное напряжение в схеме, питающейся положительным, без трансформаторов и катушек, на одних только диодах и конденсаторах. В будущем такие схемы на переключаемых конденсаторах могут пригодиться.
Детекторы по схеме удвоителя часто встречались в транзисторных радиоприёмниках прошедшего двадцатого века. В школьные годы я построила детекторно-ламповый радиоприёмник по схеме 0V1, и детектор в нём собрала по схеме умножителя на четыре. Относительно низкое выходное сопротивление колебательного контура и высокое входное сопротивление усилительного лампового каскада позволили таким образом повысить уровень сигнала.
При 18 вольтах анодного напряжения, (две батарейки Крона), звук в 1600-омных наушниках был неплохим. Добавить выходной трансформатор, чтобы повысить громкость, я тогда не догадалась. А зря, мог получиться громкоговорящий приёмник с низковольтным батарейным питанием, настоящее чудо.
Вместо пикового детектора можно собрать детектор среднего значения. Основное различие между ними заключается в разных постоянных времени интегрирующей цепи. У детектора среднего значения она выше, у пикового детектора ниже.
А на вход нашего пикового детектора сигнал приходит из усилительного каскада на транзисторе Q1. Ничего необычного, просто каскад с общим эмиттером. Более подробно о транзисторах, диодах и других электронных компонентах расскажу в следующих статьях.
Конденсаторы С1 и С2 служат разделительными по постоянному току. Переменный ток они пропускают, а постоянный нет. Подстроечный резистор W1 — это регулятор уровня входного сигнала, он же аттенюатор, регулятор чувствительности.
Аттенюаторы, то есть ослабители, применяются всюду, где нужно отрегулировать уровень сигнала. Например, в качестве регуляторов громкости. Потенциометр громкости представляет собой делитель с регулируемым соотношением сопротивлений плеч, и соответственно напряжений на них, при одном и том же протекающем через переменный резистор токе.
Наконец, на резисторе R6 и стабилитроне D3 собран стабилизатор на 30 вольт для питания транзисторного каскада, а электролитический конденсатор С4 — его фильтр.
Как я узнала, что стабилизатор на тридцать вольт? Очень просто, напечатала в Гугле запрос 1N4751A. Это маркировка стабилитрона на схеме. Гугл подсказал его рабочее напряжение. Это не так романтично, как работа с бумажными справочниками, зато быстро и эффективно. Однако с учетом сегодняшней нестабильности в мире, не помешает сохранить всю ценную информацию на надёжных носителях, а самую ценную распечатать в виде твёрдой копии.
Схему мы выучили, можно паять. Как всегда, сначала компоненты с наименьшей высотой. Это резисторы и диоды. Чтобы быстрее найти место каждой детали, начать лучшее из тех, каких несколько штук, и внешний вид которых отличается от других.
Маленьких диодов два, и это не обычные кремниевые диоды 1N4148, как можно было предвидеть. В комплект положили 1N60P, это маломощные диоды Шоттки на 40 вольт. Диоды Шоттки отличаются от обычных тем, что у них малое прямое падение напряжения. Это во многих случаях очень выгодно.
Подстроечные резисторы здесь оба с маркировкой 204, 200 кОм. Это меня радует, потому что 50 кОм, нарисованные на схеме в цепи отклоняющего электрода, мне кажутся недостаточными.
Гнездо для лампы должно быть установлено на другой стороне платы. Именно так на плате нарисовано, то же показывают картинки собранного устройства на Алиэкспрессе. И для его хорошей подсветки предусмотрены светодиод и резистор.
Но устанавливать их я не буду, а гнездо подключу к плате через провода. Это позволит удобно регулировать подстроечные резисторы и снимать на видео, как светит лампа.
А ещё я хочу, кроме двух EM84, испытать две 6E1П, это советские копии другого индикатора, EM80. Они ещё старше, одна изготовлена в июле 1981 года, а другая в январе 1967. Пятьдесят пять с половиной лет назад.
После изучения цоколевок ножек двух ламп я составила таблицу с цветами проводов. Вставляю провода с бока деталей, чтобы не мешали класть плату на стол.
Провод к девятой ножке я не паяю, потому что для EM80 он не понадобится. Его пришлось бы изолировать или отпаивать. Провод от шестой ножки до девятой припаяю не к плате, а на самом гнезде.
Стабилизированный блок питания из предыдущей статьи я перенастроила на напряжение накаливания 6.3 вольта. Теперь можно включить его в электросеть и посмотреть, как индикатор работает.
Напоминаю, что схема опасна, в ней есть смертельное напряжение. Работаем одной рукой, не допускаем к прибору без корпуса окружающих, особенно детей и домашних любимцев, если они не Пикачу. Но Пикачу тоже допускать до электроники не следует, потому что он может сжечь устройство мощными высоковольтными импульсами.
▍ Заработает или нет?
Катод лампы разогревается, на экране должно появиться зелёное свечение… Сигнал на вход платы подаём с аудиоинтерфейса. Послушаем какую-нибудь красивую музыку. Например, гитарное соло непревзойдённого Валерия Гаины, по мнению многих музыкознавцев, лучшего гитариста СССР.Как ни странно, все три сорокалетние лампы и даже одна 55-летняя работают и выполняют функцию индикатора уровня сигнала. В ближайшем будущем планирую собирать ламповый гитарный усилитель. Туда можно установить и этот индикатор уровня, для пущей красоты.
Напишите в комментариях, какие электронные самоделки будет интересно собрать в следующих статьях. Может быть, дозиметр? Ламповый ультракоротковолновый радиоприёмник с частотной (FM) модуляцией, или полноценный металлоискатель? А может быть, повторить подвиг известного видеоблогера по добыче атмосферного электричества искровым преобразователем?
Только не предлагайте устройства со сверхъединичным КПД. Я в них не верю, потому у меня они не получатся. Установка Чернетского, в которой потребитель получал большую мощность, чем показывал счётчик электроэнергии, просто потреблял ток высокой частоты, чем этот счётчик обманывал, потому в институте, где энтузиаст работал, в итоге сгорела трансформаторная подстанция.
Но это я так думаю. Могу ошибаться. Вообще, ко всей информации надо относиться критично, перепроверять, исследовать, испытывать на опыте то, что возможно.
А непосредственно следующая статья будет про генератор на операционных усилителях с регулируемой формой волны, потому что именно его меня попросил спаять подписчик.
Конкурс статей от RUVDS.COM. Три денежные номинации. Главный приз — 100 000 рублей.
