Страница 15 из 17
Сэмюэл Морзе (1791–1872)
Повезло Морзе и с помощниками. Один из финансистов, м-р Вейль, согласился выделить кое-какие деньги на разработку телеграфа, но с непременным условием, что его сына примут в компанию и обеспечат работой. Вопреки ожиданиям, Альфред Вейль оказался вовсе не бездельником, сынком богатых родителей, а весьма одаренным и трудолюбивым молодым человеком.
Он быстро постиг «премудрости» электрического телеграфа, и даже говорят, что это он предложил использовать для передачи точки и тире, а также сконструировал телеграфный ключ. А чтобы оптимизировать азбуку, Вейль проштудировал несколько томов Британской энциклопедии и присвоил часто встречающимся буквам самые короткие сигналы (е — одна точка, i — две точки, t — одно тире), а редко встречающимся буквам — самые длинные (q — тире, тире, точка, тире).
Разработки электрического телеграфа велись не только в Америке — Уитстон в Англии предложил свою систему, Якоби и Шиллинг в России — другую. Но рассказ о них заслуживает отдельной статьи. Впрочем, о чем непременно следует упомянуть — это о предложенной в те же 1830-е годы в Германии однопроводной линии. Ее изобретатель, физик и астроном Карл Густав Штайнхайл, заменил второй провод телеграфной линии двумя заземлениями, используя, таким образом, землю как проводник. Впоследствии расчеты и эксперименты показали, что сопротивление между двумя заземлениями не зависит от расстояния между ними, как бы странно это ни казалось на первый взгляд!
Окончательная схема разработанной в 1837–1944 годах телеграфной линии Морзе выглядела примерно так, как это изображено на рисунке 1.
Попытка проложить линию под землей не привела к успеху из-за плохой изоляции провода, и первая линия между Вашингтоном и Балтимором длиной более 40 миль была протянута на столбах, с использованием стеклянных изоляторов (говорят, что сначала использовали горлышки от бутылок).
Принцип действия телеграфа ясен из рисунка: когда замыкали ключ на передающей стороне, ток от батареи поступал в линию, реле на приемной стороне притягивало якорь, и перышко оставляло след на бумажной ленте, протягиваемой часовым механизмом.
К якорю реле можно приделать контакты, служащие ключом для следующего участка линии, и так наращивать расстояние, на которое передается сигнал, хоть до бесконечности! Собственно, само слово «реле» (relay) в старом английском языке означало станцию для замены лошадей на почтовых трактах. В последующие годы вся Америка покрылась сетью телеграфных линий.
Американские телеграфисты очень скоро научились распознавать телеграфные сигналы на слух, по клацанью якоря реле.
Клик — якорь притянут, клак — якорь отпущен. Клик-клак — передана точка, клик… клак — передано тире. А запись текста (если нужно) вели вручную. Стали выпускать даже реле безо всяких перьев с легкой (обычно алюминиевой) арматурой, громко клацающей по ограничительным винтам. Такое реле назвали саундером (от sound — звук) и стали объединять с телеграфным ключом в одну приемопередающую станцию.
Лишь впоследствии поняли, что, если прерывать телеграфные посылки постоянного тока с частотой 400… 1000 Гц, получается тональный телеграфный сигнал, принимаемый на слух и легче, и надежнее.
Прерыватель тока можно сделать по-разному, например, использовать зубчатое колесико с контактом, вращаемое часовой пружиной, но самый оригинальный прерыватель (зуммер, chopper, buzzer) создали на основе того же реле.
Когда подавался ток через нормально замкнутые контакты (рис. 2), реле притягивало якорь и размыкало цепь своей же собственной катушки. Якорь отпускался, контакты снова замыкались, заставляя якорь вибрировать. До сих пор на этом принципе работают дверные звонки и автомобильные сигналы.
Якорь для усиления звука заменили мембраной, и оставался один шаг до изобретения телефонной трубки, в которой контакты уже оказались не нужны.
Но мы слишком увлеклись историей, пора вернуться к теме статьи.
В наш век электроники вряд ли имеет смысл делать чувствительный электромеханический прерыватель — его с успехом заменит генератор прямоугольных импульсов, описанный в предыдущем номере журнала. Два транзистора в нем открываются и закрываются одновременно, и ток питания пульсирует со звуковой частотой. Остается включить в цепь питания ключ и наушник — генератор тонального телеграфного сигнала готов.
Третья используемая в нашем телеграфе разработка называется «земляная батарея». Если воткнуть в сырую землю два электрода из разных металлов, то образуется гальванический элемент, где электролитом служит влага с растворенными в ней солями, всегда имеющаяся в земле. Это было подмечено радиолюбителями еще более полувека назад, и в старых журналах можно даже найти описания простых радиоприемников с питанием от земляной батареи.
Лучшей парой оказываются медь и цинк, можно попробовать также цинк — уголь (графит), медь железо или медь — алюминий. Автор подобрал медный пруток диаметром около 5 мм и длиной сантиметров 20 и стальной оцинкованный пруток потоньше, но зато и немного длиннее. Концы прутков следует заточить напильником, чтобы легче было воткнуть их в землю.
Верхние концы прутков желательно оснастить ручками, клеммами для проводов или хотя бы согнуть колечками, чтобы за них вытаскивать из земли. Нелишне вспомнить и про колышки для палаток.
Мой элемент в сухую погоду развил напряжение 0,8 В при токе короткого замыкания (все измерено обыкновенным тестером в режиме вольтметра и амперметра) всего 0,2 мА, но этого оказалось вполне достаточно для питания генератора. Зато наутро, после ночного дождя, он отдавал уже 0,9 В при токе 1,1 мА. Увеличение расстояния между штырями до 4…5 м не привело к заметному изменению параметров элемента.
Схема предлагаемого телеграфа показана на рисунке 3.
Батарей питания в нем нет — источником тока служит земляной элемент, образованный двумя заземлениями. При этом на медном заземляющем штыре будет плюс, а на стальном (оцинкованном) минус. Генераторы на обеих приемопередающих станциях очень похожи, почти одинаковы, но обратите внимание на полярность включения р-n-р и n-p-n транзисторов — она разная, поскольку генераторы правой и левой станций питаются напряжением разной полярности. Не перепутайте заземляющие штыри, медный должен соединяться только с генератором, собранным по схеме справа!
Ключи должны иметь по два контакта — один нормально замкнутый — на схеме он зачернен. Когда нажимают ключ, этот контакт размыкается, зато замыкается другой, находящийся около ручки ключа.
Когда ключи не нажаты, в линию включены только два заземления и два наушника. По цепи течет небольшой постоянный ток, но он не создает никаких звуков. Это режим ожидания. Когда оператор одной из станций нажимает ключ, в работу включается его генератор, и в обоих наушниках слышен звуковой тон. То, что звучат оба наушника, вовсе не недостаток, а скорее достоинство, потому что начинающим телеграфистам обязательно нужен самоконтроль своей передачи.
Теперь о деталях: германиевые транзисторы выбраны потому, что их напряжение открывания (0,15 В) значительно ниже, чем у широко распространенных кремниевых (0,5 В). Попытка собрать подобные генераторы на широко распространенных кремниевых транзисторах КТ315 и КТ361 показала, что они начинают устойчиво работать лишь при напряжении питания более 1,1 В, а земляной элемент такого напряжения зачастую не обеспечивает.
Подойдут германиевые транзисторы любого типа и с любой буквой. От емкости конденсаторов С1 и С2 зависит частота колебаний, то есть тон сигнала. Даже хорошо, если он будет немного разным — легче отличать свою передачу от сигналов корреспондента. Подстроечные резисторы R2 и R6 позволяют улучшить форму колебаний и сделать сигнал мягче и приятнее на слух. Однако слишком большое сопротивление этих резисторов может привести к срыву колебаний.