Старые добрые радиолампы широко применялись в электронных устройствах прошлых лет, но с появлением твёрдотельной электроники ушли на второй план. Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) считает, что электронные лампы ещё не исчерпали свой потенциал. Более того, у них есть уникальные преимущества перед кремниевыми транзисторами.
DARPA объявило о запуске программы Innovative Vacuum Electronic Science and Technology (INVEST) по разработке более эффективной и высокоточной технологии электронных ламп.
Как кремниевые транзисторы становятся всё меньше по размеру, так и радиолампы нового поколения будут более миниатюрными, чем их древние предки.
Для достижения заданной цели нужно преодолеть некоторые технические проблемы, поэтому и открыта программа INVEST. Специалистам предлагают найти способ, чтобы электронные лампы работали на более высоких частотах (более 75 ГГц) и с волнами меньшей длины. Это сделает их более точными и универсальными, не особо отразившись на стоимости. DARPA предполагает в будущем ключевые электронные компоненты печатать на 3D-принтере.
Хотя современная электроника по большинству характеристик превосходит радиолампы, а тех есть уникальные преимущества. Поскольку они работают в миллиметровом диапазоне длин волн, их сигнал труднее заглушить и они значительно более устойчивы к таким поражающим факторам, как электромагнитный импульс. Неудивительно, что в американской армии сейчас используется более 200 000 приборов на радиолампах в критически важных устройствах связи и радарах. Такие приборы есть и в российской армии. Вероятно, даже в больших количествах.
Кроме военного дела, радиолампы нового поколения найдут и гражданское применение: они улучшат качество оборудования для связи, а также научных электронных приборов, которые используются в физике и других областях науки.
В общем, электронные лампы совсем не умерли, просто ненадолго вышли из сферы повсеместного использования. Но обязательно вернутся.
Комментарии (31)
0x3f00
18.08.2015 10:54+14… Эксперт долго смотрит на CPU в микроскоп, а потом, заикаясь, произносит: — Вы не поверите! Он ламповый!
Psychosynthesis
18.08.2015 13:06+1Это всё равно не радиолампа. Сток, исток и затвор образуются полупроводником, это нивелирует как раз все преимущества ламп, касающиеся живучести при ядерном взрыве.
Upd: Простите, отвечал на коммент про «нано-лампы», чего-то отклеилось.
ploop
18.08.2015 13:20Да тут дело не в живучести, открываются дополнительные возможности. Например, мощный полевой транзистор с мизерной затворной ёмкостью, которая сейчас очень мешает разработчикам источников питания.
horlon
18.08.2015 13:34Я так понимаю — там нет полупроводникового перехода, вместо него — просто воздушный зазор (вместо воздуха может быть и что-то другое) и может использоваться обыкновенный проводник. Где-то в Интернете есть более детальное описание. Я видел много концептов наноламп. Вот, например такая статья есть еще:
Сегодня электронные лампы используются лишь в электронике, от которой требуется повышенная выживаемость, особенно в условиях воздействия радиации, — то есть, в военной и космической технике. Можно встретить их и в аналоговых звуковых системах высочайшего класса, но это уже скорее пережиток прошлого. Словом, обычный человек об электронных лампах давно забыл — но новые технологии заставляют о них вспомнить.
В принципе, электронные лампы во многом напоминают обычные лампочки накаливания. Они представляют собой стеклянные емкости (вакуумные или наполненные газом) с расположенным внутри проводящим (и нагревающимся) электродом. В данном случае, это катод, а анод находится на «макушке» лампы. Кроме того, катод окружает тонкая металлическая сетка. В результате происходит следующее. Нагреваясь, катод начинает испускать поток электронов, которые устремляются к положительному аноду. Скорость движения этого потока можно контролировать, меняя заряд металлической сетки. Например, если изначально поток очень слаб, его можно заметно ускорить, тем самым усилив сигнал — так действует ламповый усилитель.
Легко понять, почему транзисторы столь быстро вытеснили лампы из компьютерной техники: каждая лампа требует изрядно энергии не только для нагрева катода, но и для отвода лишнего тепла. Компьютер, состоящий из десятков тысяч ламп, будет потреблять столько, что для него может потребоваться небольшая электростанция! И это не считая стоимости производства и громоздкости конструкции. Полупроводниковые транзисторы и лучше, и дешевле ламп, они на порядки компактнее, ими легче манипулировать… Они дали нам современную электронику.
Но все-таки, транзисторы не во всем лучше ламп: отдельный транзистор работает медленнее отдельно взятой лампы, хотя бы потому что электроны в твердом теле движутся медленнее, чем в газе или вакууме. Из-за деградации кремниевой структуры они легко разрушаются под действием радиации. Словом, есть и у ламп свои преимущества, из-за которых военные и космические конструкторы вовсю продолжают их использовать.
Новое устройство, предложенное группой американских ученых во главе с Мейя Мейяппаном (Meyya Meyyappan), демонстрирует преимущества и транзисторов, и ламп. Оно компактно и просто в производстве — и при этом устойчиво к радиации. «Нано-электронная лампа» получается вырезанием крохотной полости в кремнии, допированном фосфором. По границам ее помещаются три электрода (они выполняют роли катода, анода и сетки в электронной лампе).
По оценке авторов, частота работы такого устройства может достигать 0,46 ТГц, вдесятеро превышая возможности самых быстрых современных транзисторов. При этом размеры полости настолько малы, что необходимость искусственно поддерживать в ней вакуум отпадает: электроны, путешествующие через нее, и так имеют крайне мало шансов столкнуться с атомами. Это намного упрощает всю конструкцию.
Стоит сказать, что пока что эта «нано-электронная лампа» — лишь концепт, а не полноценно работающее устройство, хотя бы потому, что рабочие характеристики его не дотягивают до транзисторных. Однако потенциал новой технологии может оказаться весьма велик — если не для меломанов, то хотя бы для военных и для космонавтики.
Источник (30 мая 2012)
Lexi
18.08.2015 17:05Словом, обычный человек об электронных лампах давно забыл
Но потом включает микроволновку и вспоминает )
Вообще, электронные лампы — не только магнетроны — вполне себе используются если нужна мощность в киловатты и выше. Тут недавно была статья про ITER, там их тоже применяют.
LampTester
18.08.2015 22:01Не ожидал такого от поп-механики…
Сегодня электронные лампы используются лишь в электронике, от которой требуется повышенная выживаемость
Причем повышенная виживаемость относительно совершенно конкретных факторов. В смысле устойчивости к вибрации, например, полупроводники легко обойдут лампы.
Можно встретить их и в аналоговых звуковых системах высочайшего класса, но это уже скорее пережиток прошлого.
Странная фраза. Среди круга любителей это никакой не пережиток прошлого, лампы там более чем популярны. В профессиональных же системах действительно высокого класса верности воспроизведения лампы не используют уже очень давно.
Они представляют собой стеклянные емкости (вакуумные или наполненные газом)
Намешали все в кучу. Где газ — это приборы уже не электронные, а ионные. Это совершенно другой класс устройств!
Но все-таки, транзисторы не во всем лучше ламп: отдельный транзистор работает медленнее отдельно взятой лампы, хотя бы потому что электроны в твердом теле движутся медленнее, чем в газе или вакууме.
Утверждение очень сомнительной корректности, мягко говоря.
Ох. Как говорится, «не надо так»…
Lexi
18.08.2015 17:28более 75 ГГц
Это длина волны 4 мм и соответственно размеры обычной лампы должны быть заметно меньше (для сравнения нувисторы имели размеры около сантиметра и верхнюю частоту в 1 ггц). Слабо верится что такое можно распечатать на 3D-принтере.
Alexeyslav
18.08.2015 22:30Так ведь и 3D-принтер может быть особый, нанометрового уровня.
Современная фотолитография, фактически 3D-принтер…
KivApple
Интересно услышать от кого-нибудь знающего, как у полупроводников обстоят дела с миллиметровым диапазоном. Всё же делают оборудование для передачи данных на частотах в десятки гигагерц для различных операторов связи и т. д. Или всё это оборудование ламповое? Даже если так, это лишь аргумент за использование ламп в передатчиках, но не в основной электроники. Особенно для гражданских, которым не критична работоспособность устройств в условиях ядерной войны. Для военных это аргумент, однако может оказаться дешевле банально запихнуть обычный компьютер в свинцовую коробку со стенками достаточной толщины. Ибо по остальным критериям лампы жёстко сливают полупроводникам. Устойчивость к механическим воздействиям (это в том числе всякие перегрузки, которые могут возникнуть при взрыве, и т. д.) — ниже, размеры — больше (а это значит, что создать ламповый аналог даже какого-нибудь Core i3 не реально банально из-за ограничений на скорость света — сигнал не будет успевать доходить от одного блока к другому на гигагерцевых частотах работы, тут даже вопрос не в занимаемом месте и даже миниатюризация не решит проблемы, потому что Intel уменьшает техпроцесс отнюдь не только для снижения энергопотребления, а лампу размером 20 нм всё равно сделать не смогут), энергопотребление больше. В аналоговой электронике точность должна быть меньше («тёплые ламповые искажения» могут быть приятный аудиофилам, но никак не при обработке данных со всяких датчиков и т. п.).
В общем, очень нишевый продукт. Как и раньше.
horlon
Вы немного не правы. Лампы таких размеров уже делают. Это обычный транзистор, только вместо полупроводникового перехода — пустота (можно сказать вакуум, так как зазор между обкладками мал — там помещается мало молекул воздуха). Над этими лампами уже давно работают.
Вакуумные электронные лампы для нашей микроэлектроники – это не новое, а давно забытое старое. Они использовались до 1960-х годов, после чего их вытеснили транзисторы. В данный момент возможности транзисторов достигли своих пределов, поэтому ученым пришло в голову вернуть в микроэлектронику лампы, усовершенствовав их до более высокой скоростью, чем у транзисторов, и наноразмерами.
Кроме всего прочего, бесспорным преимуществом радиоламп по сравнению с транзисторами всегда была устойчивость к помехам и радиации.
1905 год – именно тогда была запатентована первая электронная лампа. Диоды – это простейшие лампы с несложной конструкцией. Это лампа накаливания, самая обычная, внутри которой вакуум, а над нитью два электрода. Термоэлектронная эмиссия позволяет превратить небольшой ток, приложенный к одному электроду, в сильный ток на втором электроде. Эта особенность радиоламп позволяет им до сих пор пользоваться спросом в качестве усилителей для профессиональной аппаратуры.
В 1950-х годах появились транзисторы. Они отвоевали место ламп, за счет того что были легче, меньше по размерам и дешевле. Однако по сравнению с лампами, они сильнее подвержены воздействию радиации. Вот почему использование их в космических аппаратах всегда было рискованным. Кроме того, электроны в твердых телах, как раз таких, как полупроводники транзисторов, всегда движутся медленнее, чем в вакууме.
В американском научно-исследовательском центре Эймса ученые пытались создать нечто среднее между транзисторами и старыми вакуумными электронными лампами. В итоге они получили нанорадиолампы.
Способ производства нанорадиоламп, как и транзисторов, основан на методе фотолитографического травления. Выполняется травление поверхности допированного фосфором кремния, а в итоге создаются три электрода: исток, сток и затвор, как в триоде, к которым и принадлежит такая нанолампа. Расстояние от истока до стока – всего 150 нм. С помощью электрического поля, которое прилагается перпендикулярно стоку и истоку, исток испускает электроны, а затвор управляет их перетоком через полость нанолампы.
Руководитель исследования Мейя Мейяппан сообщил, что созданные командой ученых под его руководством новые нанорадиолампы работают с частотой 0,47 ТГц. А это на порядок больше скорости работы лучших кремниевых транзисторов.
Это уже далеко не первая попытка создания вакуумных нанорадиоламп. Все более ранние попытки не увенчались успехом, из-за того что создать вакуум в таких маленьких устройствах – очень непростая задача. В последних исследованиях ученые отказались от идеи создания «чистого» вакуума, потому что в пространстве 150 нм у электронов практически нет шансов столкнуться с атомами присутствующих в лампе газов.
Одновременно с этим появилась и небольшая проблема. Для включения нанорадиолампы необходимо напряжение 10 В, в то время как для современных транзисторов достаточно 1 В. Из-за этого нет возможности массово использовать нанолампы в современных микросхемах, пока не будет изобретен соответствующий вольтаж. Хотя для военных и космических целей уже сегодня эти лампы могут быть вполне подходящими.
О механическом выпрямителе для автомобильных амортизаторов читайте в следущей статье.
Источник (28 мая 2012)
ploop
При этом на одном кристалле можно совместить как нанолампы, так и классические полупроводниковые части, используя преимущества и тех, и других.
Raegdan
10 вольт — настолько экзотическое напряжение? О_о
Для питания лампового блока микрухи можно вывести отдельную ногу, а для согласования — поскольку и токи маленькие, и частоты высокие — намотаем маленькие трансики на ферритовых кольцах. Не?
horlon
Та согласен — бред. Скорее всего имелось ввиду совершенно другое, думаю, связка с другими устройствами/запчастями, у которых напряжение ниже, но это тоже не такая уже и проблема.
Alexeyslav
Дело не в экзотичности напряжения. Представь себе Сотню тысяч ламп на кристалле которые переключаются и соответственно потребляют энергию. Переключаться на 10вольтах гораздо энергозатратней чем на 1 вольте.
Если современные транзисторные процессоры рассеивают порядка 100Вт на 1 вольте, то ламповые на 10 вольтах будут рассеивать как минимум на порядок больше(там еще потери на переключение увеличатся, паразитная емкость ведь никуда не ушла). На тех же частотах. А ведь они могут работать и быстрее… теплоотвод для таких чипов станет ограничением на плотность вентилей на кристалле.
KivApple
Очень интересно, не знал, что уже научились делать нанолампы. Спасибо за информацию. Хотя ИМХО будущее всё равно за гибридами.
Alexeyslav
эти разработки велись еще в СССР в 80-х годах. Были даже экспериментальные образцы, но транзисторы победили. Ибо кремний тогда обрабатывать было дешевле чем на керамику наносить напыление и формировать на керамической подложке трехмерные структуры.
isden
В 80-х разве умели такие штуки делать?
Максимум что я видел (у меня образование близкое к разработке авионики) из тех времен — керамические лампы где-то примерно с треть сигареты габаритами.
Alexeyslav
Передовая наука… штучные экземпляры. Почему бы и нет?
речи о массовом производстве и небыло, один такой экспериментальный чип мог стоить и сотню тысяч долларов с сотней сформированных ламп на пластине 2x2 сантиметра.
Те лампы, о которых идёт речь… я кстати подобные ищу для реставрации Р-109, они пальчиковыми назывались, толщина — с мизинец. 1Ж18Б, 1Ж29Б-В…
ploop
У меня были такие. Отдал кому-то на Коте вместе с кучей других.
Сейчас ещё мешок ширпотребовских валяется, надо порыться, но там вряд ли.
isden
> 1Ж18Б, 1Ж29Б-В
Не, это стекло, и достаточно крупное. Те, что я видел, были меньше и в более прочном исполнении (похожие на ГИ-25/31, только чуть меньше).
Apazhe
Это высокочастотные маячковые (название дано за форму корпуса) лампы для монтажа в коаксиальных сокетах. Или генераторные триоды, или детекторные диоды. Больше двух сеток в них не бывает, насколько я помню.
Delsian
Проходил службу в армии на ракетном заводе. Так вот в конце 80ых в ракетах стояла электроника на радиолампах (типа устойчивая к ядерному взрыву), лампы были диаметром 5-6мм и длиной 15 с гибкими выводами. Это конечно не нано, но соизмеримо по размером с тогдашними транзисторами.
KivApple
Кстати, а как дела у таких ламп с накалом?
ploop
Он им не нужен.
LampTester
Ох. Это (цитируемая статья) явно перевод, причем плохой, причем по ссылке настоящий источник то ли не указан, то ли так аккуратно указан, что я проглядел.
Ниже — крик души инженера.
К каким помехам? ЭМИ? Лампы тут не при чем. Проблемы такого сорта в большей степени проистекают от неудачной трассировки соединений и отсутствия, либо, опять же, неудачного, экранирования. К радиации — да.
Все намешано в кучу.
Диоды – это простейшие лампы с несложной конструкцией. Это лампа накаливания, самая обычная, внутри которой вакуум, а над нитью два электрода. — да (ну, почти; откуда там про два электрода? ну да ладно). Но такую конструкцию имеет только т.н. диод с прямым накалом. Лампы с прямым накалом быстро были вытеснены лампами с подогревными катодами.
Термоэлектронная эмиссия позволяет превратить небольшой ток, приложенный к одному электроду, в сильный ток на втором электроде. — бред. Термоэлектронная эмиссия делает возможной работу любых ламп, но усиление обеспечивается другим принципом.
Эта особенность радиоламп позволяет им до сих пор пользоваться спросом в качестве усилителей для профессиональной аппаратуры. — бред. Вообще непонятно, о чем речь. Какая особенность? То, что лампа может усиливать? Боже…
Дешевле? Да ну? Особенно в начале производства-то…
Ну да, ну да — phosphorus-doped silicon, кремний, легированный фосфором. Хорошо хоть silicon как «силикон» не перевели…
Facepalm. Просто facepalm.
Я к чему… При таком качестве веры этому сообщению нет, и успехи команды, о которой там повествуется, представляются сомнительными…
horlon
Да… На счет вольтажа, я просто «выпал в осадок».
На счет кремния легированного фосфором. В какой-то статье читал, что там вообще пустота, просто зазор и все. Но после чтения нескольких статей, я уже не знаю — то-ли модификации разные, то-ли переводчики — инопланетяне.
KivApple
Кстати, да. Проглядел про помехи. Мне очень интересно каким образом лампы могут быть более устойчивые к ним. Помехи вообще скорее касаются линий передачи сигналов, потому что их площадь значительно превосходит площадь всех остальных компонентов в схеме. Как следствие, если у помех не хватит сил испортить сигнал в проводах, то помешать работе лампы или транзистора у них тем более не получится. А если хватит, то будет уже не важно, что там дальше.
Enessar
Диод Ганна и умножение частоты, залог успешного попадания в терагерцовый (субмиллиметровый) диапазон.