В прошлой части мы уткнулись в потолок: электрон летит слишком долго, и на высоких частотах сетка перестает им управлять. Триод в этой логике обречен.

С этого места и начинается самая интересная страница ламповой истории. Потому что дальше несколько человек, независимо друг от друга, пришли к одной и той же мысли: а что если перестать считать время пролета дефектом и попробовать им воспользоваться.

Любимые айтишниками баг и фича тут просто в полный рост.

И еще одно. Помните правило из конца прошлой части: полупроводник выигрывает там, где нужно много приборов и мало мощности на прибор, а вакуум — там, где приборов мало, но мощность на каждый огромна? Дальше пойдет список ниш, в которых лампа не просто выжила, а не имеет замены. И каждая из них — иллюстрация ровно к этому правилу. Держите его в голове, я буду на него ссылаться.

Клистрон: пробки на трассе

В 1937 году в Стэнфорде братья Рассел и Сигурд Вэриан вместе с Уильямом Хансеном построили прибор, работающий следующим образом.

Есть непрерывный ровный поток электронов, летящий по прямой. Не пульсирующий — именно ровный, как струя воды из шланга.

На пути потока стоит первый резонатор — металлическая полость с узкой щелью. В щели действует переменное поле нашего сигнала. Электрон, пролетающий через щель в один полупериод, получает легкое ускорение. Пролетающий в другой полупериод — легкое торможение.

Обратите внимание: количество электронов при этом не меняется вообще. Меняется только их скорость. Процесс так и называется — скоростная модуляция.

Дальше поток летит по пустой трубе. И начинается простая арифметика: быстрые догоняют медленных.

Через некоторое расстояние ровный поток превращается в цепочку плотных сгустков.

Вот эти сгустки и пролетают через второй резонатор, наводя в нем мощные колебания. С него мы и снимаем усиленный сигнал.

Теперь попробуйте понять фокус. Время пролета, которое в триоде было проблемой, здесь превратилось в фичу. Без конечного времени полета сгустки не образуются в принципе. Прибор существует ровно за счет того явления, которое для его предшественника было багом.

Клистроны и сегодня стоят на ускорителях частиц (в линейном ускорителе SLAC их сотни), в мощных передатчиках, в радарах и в медицинских линейных ускорителях для лучевой терапии. Мощности — от киловатт до десятков мегаватт в импульсе.

Магнетрон: он у вас на кухне

Клистрон — прибор благородный и дорогой. Но есть лампы, которые стоят примерно в каждой второй квартире страны.

Магнетрон устроен так. В центре — цилиндрический катод. Вокруг него — массивный медный блок анода, в котором профрезерованы резонаторные полости. И все это помещено в сильное постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси.

Электрон вылетает с катода и пытается лететь к аноду по прямой, по радиусу. Но магнитное поле его заворачивает. В итоге он летит не по прямой, а по сложной кривой, закручиваясь вокруг катода.

А дальше — самое интересное. Резонаторы в аноде задают на его поверхности бегущую волну потенциала. Электроны, попавшие в «правильную» фазу этой волны, тормозятся и отдают ей свою энергию. Попавшие в неправильную — наоборот, быстро выбрасываются обратно на катод и из игры выбывают.

В результате поток сам собой организуется во вращающееся электронное облако в форме спиц колеса, которое бежит синхронно с волной и непрерывно ее подкачивает.

Прибор сам собой управляет. Никакой внешний задающий генератор ему не нужен — магнетрон и есть генератор.

Резонаторный магнетрон сделали Джон Рэндалл и Гарри Бут в Бирмингемском университете, первый запуск — 21 февраля 1940 года. Осенью того же года конструкцию увезли в США в составе миссии Тизарда, и американская радиолокационная промышленность фактически выросла из содержимого того чемодана.

Но есть и бытовая часть.

В вашей микроволновке стоит магнетрон. Частота 2,45 гигагерца, анодное напряжение порядка четырех киловольт, выходная мощность обычно 700–1000 ватт, КПД — в районе 65–70 процентов.

Он стоит в районе тридцати-сорока долларов.

Тридцать-сорок долларов за киловатт сверхвысокочастотной мощности с КПД под семьдесят процентов. Пусть с грязным спектром, пусть без возможности управлять фазой, пусть с ресурсом в пару тысяч часов. Но тридцать-сорок долларов.

Правило из прошлой части, если что, работает буквально: один прибор, много мощности на него.

А в профессиональной технике есть решения куда более дорогие — твердотельные СВЧ-модули, у которых можно управлять частотой, фазой и мощностью каждого канала отдельно. И вот они как раз греют еду «умно». Магнетрон выдает что выдает, стоячая волна в камере распределяется как получится, и продукт греется пятнами — именно поэтому в бытовой печке крутится тарелка, чтобы эти пятна размазать по объему. А управляемая матрица умеет сделать нагрев либо по-настоящему равномерным, либо, наоборот, адресным: прогреть середину, не пересушив края. Но ценник там выше на порядки, и техника эта не для кухни, а для специальных заведений и для промышленности.

Лампы в космосе

Возьмите любой геостационарный спутник связи — телевидение, магистральные каналы, спутниковый интернет. В его передающем тракте почти наверняка стоит ЛБВ, лампа бегущей волны.

Идейно она похожа на клистрон, но работает чуть интереснее.

Электронный луч летит вдоль оси. Вокруг него намотана спираль, по которой бежит усиливаемый сигнал. Хитрость в том, что волна в спирали вынуждена идти по витку, то есть по всей длине проволоки, а электронный луч идет напрямую вдоль оси. Спираль работает на замедление — она снижает продольную скорость волны примерно до скорости электронов.

Дальше начинается непрерывный обмен. Луч и волна летят рядом с почти одинаковой скоростью, электроны группируются в поле волны и отдают ей энергию на всем протяжении спирали. Не в двух резонаторах, как в клистроне, а непрерывно, по всей длине.

Отсюда главное достоинство ЛБВ — широкая полоса частот. Клистрон привязан к своим резонаторам и потому узкополосен. ЛБВ усиливает октаву и больше.

Идею предложил Рудольф Компфнер в начале сороковых, теорию довел Джон Пирс в Bell Labs.

Почему на спутнике не ставят транзисторный усилитель?

Дело в КПД. У ЛБВ-усилителя с учетом источника питания суммарный КПД получается в районе 60–70 процентов. У твердотельного усилителя на тех же частотах и мощностях — заметно ниже, обычно называют цифры порядка 30–40 процентов.

На спутнике это вопрос массы. Каждый лишний ватт, ушедший в тепло, — это лишняя площадь радиатора, лишние килограммы и лишние деньги за запуск. Посчитаем аккуратно: при КПД 65 процентов в тепло уходит 35, при КПД 35 процентов — 65. То есть на одной и той же полезной мощности твердотельный усилитель греется примерно втрое сильнее (там не совсем интуитивная формула, выглядит как P·(1/0,65 − 1) = 0,54P и P·(1/0,35 − 1) = 1,86P). Для наземной станции это ничто. Для спутника — десятки килограммов радиатора, которые надо поднять на орбиту.

Плюс ресурс. По ЛБВ ресурс непрерывной орбитальной работы — это пятнадцать и более лет. Помним, что элементная база — это то, на чем спутникостроители не экономят. Если есть техническая возможность запустить космический аппарат на пятнадцать, а не на десять лет, то никакая самая дорогая лампа не съест денежного выигрыша от более редких пусков.

И еще одно. В космосе от нагрева приборов тяжело избавиться: нет воздуха, нечем обдувать, конвекция не работает вообще. Единственный способ — излучить тепло в пространство, то есть нагреть что-то до приличной температуры и дать этому светить в холодную пустоту.

Для полупроводника это проблема. Тепло у него выделяется в кристалле размером с ноготь мизинца, и работать этот кристалл может градусов до полутораста, не выше. Отсюда такая конструкция: кристалл надо прижать к основанию корпуса, основание к теплопроводящей подложке, подложку к раме, раму к панели радиатора. В общем, схема непростая.

У ЛБВ отработавшие электроны прилетают на коллектор — массивный электрод в хвосте лампы, который просто ловит луч после того, как тот отдал энергию сигналу. Никакой хрупкой электроники в нем нет, это кусок металла, и раскалить его можно хоть до нескольких сотен градусов. При этом коллектор не надо никуда прижимать через цепочку переходов, он сам себе радиатор и отводит тепло наружу.

Гиротрон: миллион ватт непрерывно

Для термоядерных установок нужно греть плазму, и один из способов — облучать ее миллиметровыми волнами очень большой мощности. Для реактора ИТЭР это частота 170 гигагерц и мощность порядка одного мегаватта на прибор. В непрерывном режиме. Приборов в комплексе около двух десятков, суммарно около двадцати мегаватт.

Устройство, которое так умеет, называется гиротрон. Это тоже вакуумная лампа, работающая на резонансе электронов, вращающихся в сильном магнитном поле сверхпроводящего магнита.

Один мегаватт. На 170 гигагерцах. Непрерывно.

Ближайший твердотельный источник на этой частоте выдает единицы ватт. Чтобы сложить из них мегаватт, нужно объединить сотни тысяч приборов с точностью совмещения фаз в доли градуса, и потери в сумматорах съедят все.

Здесь даже спорить не о чем. Это ниша, в которой полупроводников нет и не будет еще долго, если вообще будут. И это, пожалуй, самая чистая иллюстрация нашего правила: приборов мало, мощность на каждый чудовищная.

Мультимегаваттный миллиметровый гиротрон РАН

Мощные передатчики

Из той же оперы, только чуть массовее. Коротковолновое вещание, промышленные генераторы для нагрева металла и получения плазмы, передатчики радиолокаторов, ускорители.

Везде там до сих пор стоят тетроды и триоды, отдающие сотни киловатт с одного баллона. И, кстати, ровно там живет торированный вольфрам из первой части — оксидный катод такие режимы не переживает.

Заменить одну такую лампу на полупроводники — это шкаф с тысячей модулей, сумматорами и системой охлаждения, занимающий комнату и стоящий несоизмеримо дороже.

Иногда, впрочем, именно так и делают — ради надежности и отсутствия высоких напряжений. Тут уже вопрос конкретного проекта и конкретного бюджета.

Лампа в поликлинике

Рентгеновская трубка — это вакуумный прибор. Причем самый что ни на есть диод: катод и анод, а между ними десятки и сотни киловольт. Электроны разгоняются этим напряжением и врезаются в анод из вольфрама. При резком торможении в веществе анода и рождается рентгеновское излучение.

Правда, КПД этого процесса не сильно ламповый: около одного процента. Иногда меньше.

Причина в том, что тормозное излучение рождается только при очень удачном стечении обстоятельств. Электрон влетает в анод и начинает продираться сквозь электронные оболочки атомов вольфрама, теряя скорость. В подавляющем большинстве случаев он тормозится мягко, растянуто, отдавая энергию по чуть-чуть, и все это уходит в раскачку атомов, то есть просто в нагрев. И только когда электрону не повезло и он прошел вплотную к ядру, торможение получается резким — вот тогда и рождается квант рентгеновского излучения. Такие близкие проходы редки, потому что ядро занимает исчезающе малую долю объема атома, между ядрами гуляй не хочу. Отсюда и процент.

Справедливости ради, тормозным излучением дело не исчерпывается, и рентгенолог мне бы этого не простил. Есть второй механизм, характеристическое излучение. Влетевший электрон может выбить электрон с внутренней оболочки атома вольфрама, и когда на освободившееся место падает электрон с внешней оболочки, разница энергий вылетает наружу строго определенным квантом. У вольфрама это K-линии в районе 59 и 67 килоэлектронвольт, и при анодном напряжении 120 киловольт они дают заметную долю именно полезного спектра — мягкий тормозной континуум внизу все равно срезается фильтром, потому что до пленки он не дойдет, а пациента облучит. Так что снимок в немалой степени рисуют как раз характеристические линии. На общий КПД это, впрочем, влияет мало: оба механизма вместе — тот же процент.

Иначе говоря, около девяноста девяти процентов вложенной мощности превращается в тепло. Причем не размазанное по объему, а собранное в точку.

А в точку оно собирается потому, что нам нужна резкая картинка. Источник излучения должен быть как можно меньше — по той же причине, по которой четкую тень на стене дает лампочка-точка, а от люстры с большим плафоном тень получается размытой. Поэтому электронный пучок специально фокусируют на анод в пятно размером меньше миллиметра. Меньше пятно — четче снимок, но и вся мощность приходится на этот же пятачок.

Прикиньте: при напряжении 120 киловольт и токе 500 миллиампер мы имеем 60 киловатт, из которых 59 с лишним выделяются на площадке диаметром в доли миллиметра. Этого не выдержит никакой материал. Вообще никакой.

Решение — вращающийся анод. Анод делают в виде диска с наклонной дорожкой по краю и раскручивают до трех-десяти тысяч оборотов в минуту. Фокусное пятно остается на месте, а дорожка под ним все время новая. Каждый ее участок успевает остыть, пока диск делает оборот.

Диск вращается внутри вакуума. Значит, и подшипники находятся внутри вакуума. Значит, обычная смазка не годится — она мгновенно испарится и отравит и вакуум, и катод.

Используют подшипники со свинцовым или серебряным покрытием дорожек. А в трубках верхнего уровня для компьютерной томографии применяют жидкометаллические подшипники скольжения со спиральными канавками, залитые сплавом на основе галлия. Он не испаряется в вакууме, отлично отводит тепло от анода наружу и обеспечивает бесшумный ход.

Ловим по одному фотону

Еще одна ниша, где вакуум держится намертво, — фотоэлектронные умножители, ФЭУ.

Идея такая. Фотон падает на специальное покрытие — фотокатод — и выбивает оттуда один-единственный электрон. Один электрон в секунду — это ток порядка десяти в минус девятнадцатой ампера. Измерить такое напрямую невозможно, это на много порядков ниже любого шума.

Поэтому этот электрон разгоняют напряжением в сотню вольт и бьют им в металлический электрод, который называется динодом. Из динода вылетает уже три-пять вторичных электронов. Их снова разгоняют и бьют в следующий динод. И так восемь-двенадцать ступеней.

Считаем: четыре в десятой степени — это больше миллиона.

На выходе из одного-единственного фотона получается импульс тока, который спокойно виден на экране осциллографа.

Вторичная эмиссия, которая в тетроде была вредным динатронным эффектом и с которой боролись третьей сеткой и лучевыми пластинами, здесь работает главным механизмом прибора. Опять то же самое: баг и фича — вопрос задачи.

Кремниевые фотоумножители сегодня активно теснят ФЭУ и во многом их превосходят: они компактнее, не требуют киловольта и не боятся магнитного поля. Но там, где надо перекрыть большую площадь при низком уровне собственных шумов, ФЭУ пока не сдвинуть.

Самый яркий пример — нейтринный детектор Супер-Камиоканде в Японии. Бак с пятьюдесятью тысячами тонн сверхчистой воды, стенки которого усеяны фотоумножителями Hamamatsu диаметром пятьдесят сантиметров. Их там 11 146 штук.

Полметра в диаметре. Это стеклянная сфера размером с хороший арбуз, внутри которой вакуум.

Супер-Камиоканде. Какая ж красота…

Кат

С Супер-Камиоканде связана тревожная история.

Двенадцатого ноября 2001 года, во время заполнения бака водой после обслуживания, один из нижних ФЭУ разрушился. Полуметровая сфера с вакуумом внутри, находящаяся на глубине под давлением воды, схлопнулась внутрь себя.

Схлопывание породило ударную волну. Волна разрушила соседние ФЭУ. Те породили новые волны.

Цепная реакция за считанные секунды уничтожила 6777 внутренних фотоумножителей и еще около 1100 внешних — больше половины детектора.

При восстановлении каждый ФЭУ поместили в отдельный защитный кожух, чтобы разрушение одного не могло запустить соседей.

Кат

Из того же семейства — электронно-оптические преобразователи в приборах ночного видения. Фотокатод, микроканальная пластина (по сути, сотовая структура из миллионов микроскопических каналов, каждый из которых работает крохотным умножителем) и люминофорный экран. Все в вакууме.

Любой ночник третьего поколения — это вакуумный прибор. И заменить его пока не на что: нужно не просто зарегистрировать слабый свет, а сразу увидеть его картинкой, с разрешением и без задержки.

Ну и про звук

Куда ж без этого. Ведь современные лампы чаще всего ассоциируются со звуковой аппаратурой класса hi-end.

Тут скажу сразу: я в аудиофильских спорах не участвую и участвовать не собираюсь.

Но у обеих сторон есть как логичные аргументы, так и аргументы, не выдерживающие никакой критики. Если коротко, то есть любители музыки, которые говорят, что ламповая аппаратура придает звучанию «тепло», «воздушность» и «музыкальность» — то есть слова, которые с точки зрения техники не значат ничего. Их оппоненты отвечают: «да нет там разницы, это вам хочется слышать, вы и слышите» — что тоже неправда, потому что разница прекрасно измеряется приборами.

Давайте разберем по пунктам, что там происходит на самом деле.

Первое: спектр искажений.

Тут понадобится одно пояснение. Когда мы говорим, что усилитель искажает сигнал, речь обычно идет о гармониках. Струна гитары звучит не одной чистой частотой, а основной нотой плюс ее обертонами — на удвоенной частоте, утроенной и так далее. Именно набор обертонов и делает тембр гитары непохожим на тембр флейты.

Так вот, любой нелинейный прибор дорисовывает к сигналу обертоны, которых там не было. Вопрос — какие именно.

И вот здесь работает наш закон «полтора» из первой части.

Одиночный триодный каскад имеет плавно изогнутую характеристику. При такой кривизне основной продукт нелинейности — вторая гармоника, то есть удвоенная частота. Дальше третья, и потом быстрый спад.

Вторая гармоника — это ровно октава. Музыкальный интервал. Ухо воспринимает ее как окрашивание тембра, а не как грязь. Даже при уровне в проценты она остается приемлемой, а иногда и приятной.

Транзисторный усилитель с глубокой обратной связью имеет искажения на два-три порядка меньше — сотые доли процента. Но спектр у них другой, и вот здесь надо быть аккуратнее, чем принято в аудиофильской публицистике.

Ходячий тезис звучит так: «обратная связь давит низшие гармоники и порождает высшие». В таком виде это половина правды, и именно та половина, за которой обязательно должна идти вторая половина. Еще в 1978 году Питер Бэксандалл поставил аккуратный эксперимент и показал: когда обратная связь неглубокая, она действительно перекачивает энергию из второй гармоники в третью, четвертую, пятую — суммарный коэффициент искажений падает, а спектр становится длиннее и субъективно неприятнее. Но если ОС углублять дальше, начинают падать уже все гармоники разом, включая высшие. То есть худшее место — не «глубокая обратная связь», а промежуточная, недоведенная.

Вывод от этого не меняется: у лампового и транзисторного каскада разные спектры искажений, и ухо ловит высшие гармоники куда болезненнее, чем низшие, даже когда суммарный уровень мал.

То есть реальная разница именно в том, гармоники какого порядка мы слышим, хотя обычно не отдаем себе в этом отчета. И в том, как мы к ним относимся. Говорят, что второй и третий порядок насыщают звук и делают его живее; это спорно и, судя по всему, довольно индивидуально. Но то, что отличие между вакуумными и полупроводниковыми каскадами тут есть, — несомненно.

Второе: характер перегрузки.

Напомню, что значит «перегрузка». У любого усилителя есть потолок: сигнал подали слишком сильный, и выходная амплитуда дальше уже не может расти. Верхушки волны при этом срезаются. Вопрос только в том, как именно они срезаются, и вот здесь лампа и транзистор ведут себя по-разному.

Транзисторный каскад с глубокой обратной связью работает идеально ровно вплоть до потолка, а потом мгновенно упирается в напряжение питания и рубит верхушку по прямой. Синусоида превращается в кирпич с плоской крышей, причем переход из «все отлично» в «срезано наглухо» занимает доли децибела: чуть прибавили громкость — и уже там. А кирпич с острыми углами, если разложить его на обертоны, — это длинный ряд, уходящий высоко вверх по частоте, и ухо слышит это как жесткость и грязь.

Лампа сдается постепенно, в три приема. Сначала она перестает быть линейной: усиление на верхушках сигнала понемногу проседает, и волна начинает слегка приминаться, еще без всякого срезания. Потом сетка теряет свой отрицательный потенциал на пиках сигнала и начинает притягивать электроны — через нее пошел ток, и она из бесплатной заслонки превращается в нагрузку, которая подъедает входной сигнал и приминает его сильнее. И только потом наступает насыщение: с катода больше электронов не выжать, лампа отдает все, что может, и верхушка окончательно останавливается.

Вот, кстати, и обещанное уточнение к закону «полтора»: сама степень полтора отвечает только за первый из этих трех механизмов. Мягкость перегрузки — результат всех трех сразу.

Растянуто это на несколько децибел, то есть на заметный поворот ручки громкости. Верхушка не срубается, а скругляется, и обертонов рождается меньше, они ниже и быстрее затухают.

Для гитариста вещь ключевая. Весь классический рок построен на звуке лампового усилителя, работающего в перегрузке. Именно потому, что тот отдает не всю грязь разом, а порциями: чем сильнее ударил по струнам, тем больше грязи, а тише сыграл — и звук снова чистый. Гитара получает динамику, которой у резко срезающего транзистора попросту нет.

Третье: выходной трансформатор.

На мой взгляд, самый недооцененный фактор во всей истории.

Помните, лампа — прибор высоковольтный и низкотоковый? Ее выходное сопротивление измеряется килоомами. А динамик — прибор низкоомный, четыре или восемь ом. Соединить их напрямую нельзя, между ними обязателен трансформатор.

Выходной трансформатор — это железо, это килограммы, это деньги, это ограниченная полоса частот, это фазовые сдвиги на краях диапазона и насыщение сердечника на низах при больших уровнях.

Я бы сказал так: выходной трансформатор — это первородный грех лампового усилителя. И именно транзистор от него избавил, научившись отдавать большой ток при малом напряжении и подключаться к динамику напрямую.

Но у этого греха есть побочный эффект, который людям нравится.

Из-за трансформатора и высокого внутреннего сопротивления самих ламп выходное сопротивление типичного лампового усилителя составляет единицы ом. У транзисторного — сотые доли ома.

Что это значит физически. Сопротивление динамика — не константа, оно гуляет с частотой и на резонансе подскакивает в разы. Усилитель с очень низким выходным сопротивлением ведет себя как источник напряжения: ему на это гуляние наплевать, он выдаст одну и ту же амплитуду на любой частоте. А усилитель с высоким выходным сопротивлением частично следует за сопротивлением колонки.

Иначе говоря, ламповый усилитель имеет частотную характеристику, повторяющую кривую сопротивления вашей акустики. Появляется эффект «лампового баса» — бас становится объемнее и раскатистее, но при этом более рыхлым и медленным. Он «гудит» и подвисает там, где транзистор отрубил бы его сразу.

Это измеримое следствие высокого выходного сопротивления усилителя, не более и не менее. Многим оно нравится, и это нормально. Но называть его «более верным воспроизведением» некорректно — это ровно наоборот.

Четвертое: просадка питания.

Специфически гитарная тема, и вот тут возвращается наш старый знакомый кенотрон.

В классических усилителях выпрямитель тоже ламповый. А у кенотрона, в отличие от кремниевого диода, приличное внутреннее сопротивление. Поэтому при мощном аккорде анодное напряжение проседает на десятки вольт и восстанавливается за десятки миллисекунд.

Получается компрессия: атака проходит на полной громкости, а сразу за ней громкость слегка проваливается и потом возвращается. Гитаристы называют это словом sag и ценят как отдельное выразительное средство.

Кремниевый мост так не умеет — он держит напряжение как вкопанный. Поэтому в современных усилителях sag иногда специально эмулируют схемой.

Кто их вообще сейчас делает

Приемно-усилительные лампы для аудио сегодня производят на нескольких площадках.

Саратовская — формально это завод «ЭкспоПУЛ», выросший из бывшего «Рефлектора», и принадлежит он американской New Sensor Corporation. Оттуда уходят на западный рынок Sovtek и Electro-Harmonix, а также возрожденные исторические марки: Tung-Sol, Mullard, Genalex Gold Lion, Svetlana. Словацкая JJ Electronic в Чадце — прямая наследница чехословацкой Tesla. Китайские Shuguang и Psvane. Western Electric в США возобновила выпуск своей 300B.

После 2022 года логистику и производство в этой отрасли основательно поштормило, цены подскочили, часть номенклатуры стала дефицитной. Детали разбирать не буду — ситуация меняется быстрее, чем я успеваю проверять источники. Кому нужно актуальное состояние дел, лучше смотреть на форумах ремонтников, там свежее.

Мощные генераторные и СВЧ-приборы — отдельный мир, и он существенно больше аудиофильского. Магнетроны для микроволновок штампуют в Азии миллионами. ЛБВ и клистроны делают несколько компаний в мире, и это производство уровня космической отрасли, со штучной приемкой и годами квалификации.

И отдельно про электронных ремесленников. В Чехии есть мастерская Далибора Фарного, где вручную делают новые газоразрядные индикаторы. Не восстанавливают старые, а именно делают новые: свое стекло, свои катоды, своя откачка. Технологию поднимали практически с нуля, по книгам и на ощупь, потому что живых носителей знания почти не осталось.

Понятно, что это для ценителей и массовая экономика там никогда не сойдется. Но ценители есть, а мастерской промышленные объемы и не нужны.

Что там впереди

ОК, мы поняли, что лампы хоть и сдали транзисторам, но выжили. А что дальше? Будет ли у них какое-то развитие или только отмирание и сдача поля боя кремнию?

Есть направление, которое называют вакуумными канальными транзисторами. Идея такая. Электрон в воздухе пролетает без столкновений в среднем сотни нанометров. А значит, если сделать зазор между электродами меньше этого расстояния, электрон пролетит его, ни во что не врезавшись, — и вакуум нам, строго говоря, вообще не понадобится. Достаточно сделать расстояние очень маленьким.

А зазоры такого масштаба сегодня делают литографией. То есть можно получить прибор с вакуумной физикой, изготавливаемый как микросхема. Причем без накала, потому что при таких зазорах электроны вытягиваются из металла сильным полем, а не тепловым разгоном. Заодно снимается и третья причина из нашего списка про вакуум: холодному катоду кислород не страшен, гореть там нечему.

Если это когда-нибудь дойдет до серии, то это станет удивительным витком эволюции. Посмотрим.

Вместо вывода

Итак, коротко по вопросам из вступления.

Как лампа работает: катод испускает электроны, анод их собирает, сетка потоком командует, вакуум дает всему этому среду.

Почему индустрия сорок лет тащила эти громоздкие горячие банки: потому что до 1947 года усиливать было больше нечем. Никакой альтернативы просто не существовало.

Чем лампа проиграла: накалом, размером, хрупкостью, высокими напряжениями. Но в первую очередь тем, что ее невозможно печатать литографией, а значит, невозможно и удешевлять. Одна лампа — один прибор, и никак иначе, потому что каждой нужен свой собственный вакуум.

Но. Там, где среда нетиповая — очень большая мощность, очень высокая частота, жесткое излучение, рентген, регистрация одиночных фотонов, — ей до сих пор нет замены. И заметьте, все эти ниши укладываются в одно правило: мало приборов, очень много мощности или чувствительности на каждый.

А в звуке она осталась по третьей причине, к технике отношения не имеющей: люди привыкли к ее искажениям и стали считать их частью «отличного» звучания. Отличия по звучанию действительно есть, но они скорее вкусовые. Это нормально. Скрипка, вообще говоря, тоже прибор с довольно скверной частотной характеристикой.

---

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.