Если начать с банальщины, то радиолампа – это электровакуумные прибор пропускающий электрический ток от катода к аноду, а в некоторых случаях еще и регулируемый с помощью дополнительных сеток. Пробегусь прям поверхностно рассказав про устройство лампы, а далее об их рабочих характеристиках особенностях, которые все еще являются уникальными и незаменимыми в некоторых сферах электроники, тем самым не оставляя практичной альтернативы применения лампам.
Лампа диод
Диод – самая простая радиолампа, которая имеет всего два электрода, катод и анод. Это колба из которой выкачан воздух, то есть создан вакуум, дабы продлить срок службы. Обычно кроме откачивания воздуха лампы покрывали сверху специальным составом, зеркальный налет, который еще более того повышал уровень создания вакуума. Каким точно образом не берусь сказать, но об этом рассказывал преподаватель во время учебы в УПК. Итак, катод при работе диода разогревается до высоких температур, за счет подачи напряжения, как правило 6,3 вольта, на нить накала, которая и греет его, при этом происходит эмиссия (испускание) электронов с металлической поверхности катода. Для увеличения способности катода испускать электроны, он покрывается также специальным активным слоем.
В итоге, если на анод диода подать положительное напряжение, а на катод отрицательное (прямой полярности), то электроны под действием электрического поля начнут перемещаться от катода к аноду и через диод (лампу) протечет ток. Ток будет равен эмиссии испускаемых электронов. Если же на диод подать напряжение обратной полярности, то электрическое поле будет пытаться перемещать электроны от анода к катоду. Но поскольку анод практически не излучает электроны, так как он холодный, то и движения в этом направлении электронов не будет, или будет минимальное. То есть ток будет отсутствовать.
Лампа триод
Другие лампы в своем составе имеют управляющие сетки или сетку, это уж сколько их там наставить. По факту в триоде они стоят между катодом и анодом, там вводится дополнительный электрод – эта самая сетка(и). Так вот получается ситуация, когда такая сетка, при подаче на нее потенциала может регулировать поток электронов. Если мы скажем подадим на сетку отрицательный потенциал, то электроны, просто не будут толком вылетать с катода, так как не будет "нормального" электрического поля, оно будет между сеткой и анодом, а не между катодом и анодом. Но с сетки то ничего не вылетает, а значит тока нет! Так вот по факту мы ограничим ток в лампе. Так вот если мы увеличим потенциал на сетке, то у нас будет образовываться электрическое поле уже между катодом и анодом, и часть электронов все же будет пролетать до анода, а значит ток какой-то будет протекать между катодом и анодом. В целом здесь не все так однозначно. Сетка с незначительным положительным потенциалом может стать фактически "трамплином" для разгона электронов до анода с катода. Открыть путь для тока. Если же переборщить с потенциалом, то снова получим ситуацию, когда электроны не будут долетать до анода, так как все будут осаждаться на сетке. Поэтому на сетке для работы лампы должен быть положительный потенциал, но он должен быть ниже чем на аноде.
В итоге получается таким образом мы регулируем ток. Часто можно услышать, что лампа или транзистор усиливают сигнал, то есть работают как усилитель. Вот после того, как вы все поняли, что лампа, как собственно и транзистор управляют током, то можно утверждать, что усиливают они в кавычках, то есть это не "усилитель" более, а управлятель более... И это слово усилитель более сбивает с толку, чем объяснят сложившееся. 
Итак лампа позволяет управлять количеством проходящих через нее электронов от катода к аноду, то есть управлять анодным током триода. Управление происходит электрическим полем создаваемым сеткой. При подаче на нее отрицательного напряжения ее электрическое поле отталкивает электроны обратно к катоду и препятствует их перемещению через сетку к аноду. При «нулевом» или незначительном положительном напряжении на сетке, ее электрическое поле не препятствует прохождению электронов к аноду и через триод протекает ток.
Еще раз о диоде и триоде в картинках.
Однако статья вовсе не о том, это была присказка, так как лампы в любительской электронике сдали позиции на все 100. Они потребляют значительный ток, для них необходимо дополнительное питание нитей накала, они греются, они не устойчивы к встряскам, они большие, они менее надежные, они быстрее меняют свои характеристики при эксплуатации.
Но все же лампы еще не сдали всех позиций.
Где применяются радиолампы в быту и профессиональном оборудовании
Радиолампы распространены в быту гораздо шире, чем вы об этом думаете. И это не о тех людях, которые еще не выкинули старые ламповые телевизоры и радиоприемники. На сегодняшний день радиолампы находятся они в микроволновых печах. Называется такая радиолампа магнетроном. Магнетрон является автогенератором, то есть при подаче на него питания он самостоятельно генерирует, без помощи других радиоэлементов сверхвысокочастотные (СВЧ) электромагнитные колебания большой мощности. Которые затем, проникая вглубь продуктов питания, разогревают их изнутри.
Магнетрон в микроволновой печи
Также используются магнетроны и в оборонке в передатчиках радиолокационных станций.
Так почему же используется магнетрон, а не транзисторы. Дело в том, что даже самый мощный транзистор не сможет обеспечить такую выходную мощность на сверхвысокой частоте, как магнетрон. Поэтому пришлось бы использовать большое количество выходных транзисторов, задающий генератор, СВЧ сумматор и другие радиоэлементы обвязки. Что сделало бы такой источник СВЧ энергии сложным, громоздким, дорогим и ненадежным. Диапазон СВЧ составляет от 3 до 30ГГц. Транзистор имеет небольшие размеры, питается низковольтным напряжением, рабочий ток его также невелик, поэтому потребляемая и соответственно выходная мощность СВЧ энергии такого каскада тоже невелика.
Напряжение питания магнетрона микроволновой печи в среднем составляет 4000В, ток потребления 0,3 А, отсюда мощность потребляемая им от сети составит 4000В х 0,3А=1200Вт. А мощность генерируемой им СВЧ энергии в среднем 800Вт.
А какой СВЧ транзистор способен потребить 1200Вт электрической энергии? Правильно, никакой, соответственно и мощность генерируемой им СВЧ энергии будет мала.
Ну а, например, напряжение питания магнетрона МИ-285 используемого в радиолокации составляет 50КВ, представляете, целых 50000В.
Магнетрон МИ-285 (импульсная мощность 1,2 МВт)
Дальше нужно продолжать про генерируемую им мощность? Продолжу, в импульсе (радиолокаторы работают в импульсном режиме) его выходная мощность составляет 1,2 МВт (1,2 миллион ватт). Какой транзистор повторит такое?
В оборонном секторе на самом деле используется достаточно большое количество мощнейших электровакуумных приборов СВЧ диапазона. И на сегодняшний день ни один транзистор и близко не стоял возле этих монструозных приборов.
Еще один из них – это клистрон. В отличие от магнетрона он не является автогенератором. Клистрон – это усилительный прибор, кроме выхода СВЧ энергии, он имеет также вход, на который подается усиливаемый СВЧ сигнал. Он также используется для работы в мощных передатчиках радиолокаторов.
Клистрон
В космосе и оборонке широко используются лампы бегущей волны (ЛБВ), это усилительный прибор, обладающий громадным коэффициентом усиления до сотен тысяч в широком диапазоне частот, и мизерными собственными шумами. Применяется он преимущественно в приемниках. Ни один транзистор не обладает такими характеристиками.
В настоящее время ЛБВ успешно применяются на спутниках различного назначения. Компания «Росэлектроника» в настоящее время по программе импортозамещения разрабатывает свои ЛБВ космического назначения взамен импортных. Ей для этого было выделено 600,5 миллионов рублей.
Какие еще преимущества имеют радиолампы
Радиолампы устойчивы к электромагнитному импульсу (ЭМИ) и способны без последствий выдерживать кратковременные перегрузки, создаваемые им. Как это физически будет происходить в радиолампе? Под воздействием ЭМИ наводятся большие напряжения, которые способны пробивать пространство между электродами внутри радиолампы. В момент пробития лампа работать не будет, но после окончания ее работоспособность будет восстановлена. И ничего страшного, что при пробитии часть металла испарилась с электродов, и это частично нарушило вакуум. Через некоторое время вакуум восстановится. Для этого в лампах имеется специальное вещество (геттер), которое поглощает все молекулы, которые находятся в рабочем объеме радиолампы. И вакуум полностью восстанавливается.
А если пробой произойдет в транзисторе, это приведет к необратимому выходу его из строя. Поскольку его рабочий объем состоит из твердого материала (кремния, германия, и. т. д.), который меняет свои физические свойства необратимо.
Также радиолампы устойчивы к ионизирующему излучению, газа в них нет, ионизироваться нечему. А в транзисторах опять же произойдут необратимые разрушения твердого тела.