Страница 3 из 22
Первым, кто продемонстрировал возможности радиовещания, был канадский ученый Реджинальд Фессенден (Reginald Fessenden). В 1906 г., накануне Рождества, он стал автором, звукорежиссером и исполнителем первой в мире «радиопередачи» – радисты на кораблях Северной Атлантики могли явственно слышать через головные телефоны, как изобретатель играет на скрипке и зачитывает отрывки из Библии. Непризнанным соавтором этого технического достижения являлся американский инженер шведского происхождения Эрнст Александерсон, который разработал для Фессендена «машинный передатчик», работавший со скоростью 100 000 оборотов в минуту.
В 1907 г. профессор Петербургского технологического института Борис Львович Розинг подал заявку на изобретение «способа электрической передачи изображений» и вскоре получил первые в мире патенты на электронный телевизор в Англии (1908), Германии (1909) и России (1910). Меж тем, это событие прошло почти незамеченным. До Розинга и одновременно с ним изобретатели уже пытались добиться передачи изображения на расстояние, но при помощи электромеханических устройств.
Превращение радиотелеграфа в средство глобальной электросвязи, соединяющее страны и континенты, и первые опыты радиовещания послужили исходным пунктом развития радиотехники, а затем и электроники, грандиозные успехи которой мы видим теперь повсюду.
Начало развитию электроники (термин в 1904 г. ввел немецкий ученый Артур Рудольф Венельт) положило изобретение электронных приборов для усиления и генерирования слабых токов и высокочастотных колебаний: двухэлектродной лампы-диода (англичанин Джон Флеминг, 1904 г.) и трехэлектродной лампы-триода (американец французского происхождения Ли де Форест, 1906 г.). Данным изобретениям предшествовало открытие в 1875 г. Томасом Эдисоном эффекта «термоионной эмиссии» – почернения внутренней поверхности герметичной стеклянной колбы лампы накаливания в результате, как тогда считали, испускания электрически заряженных частиц-ионов (от греч. «ион» – путешествующий) сильно нагретыми твердыми телами. Факт существования электрона и термоэлектронной эмиссии бесспорным стал лишь в 1911 г.
Диод Флеминга (прибор также носит названия: «лампа с термокатодом», «вакуумный диод», «кенотрон», «термоионная лампа», «вентиль Флеминга») представлял собой герметичный стеклянный баллон с впаянной в него угольной нитью накаливания, окруженной металлическим цилиндром. Цилиндр был назван анодом (от греч. «анодос» – путь вверх), нить накала – катодом (от греч. «катодос» – спуск). В начале XX века полагали, что электрический ток течет от положительного полюса к отрицательному, подобно тому, как стекает, сверху вниз, вода. Сегодня мы знаем, что, на самом деле, происходит обратное: под действием электромагнитных сил электроны «путешествуют» от отрицательного полюса к положительному.
В триоде Фореста (прибор также носит название «аудион» и «лампа де Фореста») между угольной нитью накала и анодом располагалась проволочная решетка («управляющая сетка»), позволявшая не только детектировать, но и усиливать принятые радиосигналы. Однако, Флеминг и де Форест неправильно понимали принципы работы своих приборов, объясняя их выпрямительные (диод) и усилительные (триод) свойства ионизацией разреженного газа. И даже предупреждали, что из баллона электронной лампы никоим образом нельзя откачивать газ, создавая в ней вакуум.
Де Форест сумел заинтересовать своим изобретением American Telephone and Telegraph Corporation (AT&T), и в 1913 г. продал ей за 50 тыс. долларов право на использование аудионных усилителей для телефонной связи. Де Форест, помимо прочего, считается отцом-основателем общественного радиовещания. 12 января 1910 г. с помощью дугового передатчика Паульсена, установленного на сцене чикагского Metropolitan House, он провел трансляцию в эфир живого исполнения оперы Пуччини «Тоска». Изобретатель участвовал в нескольких громких судебных процессах по патентным правам, и потратил целое состояние, полученное от своих изобретений, на оплату счетов адвокатов. В 1920 г. он запатентовал оптический способ записи звуковой дорожки на кинопленку, и всю оставшуюся долгую жизнь прожил и проработал в Голливуде.
В 1906 г. немецкий инженер и предприниматель Роберт фон Либен сконструировал триод с управляющей сеткой в виде перфорированного листа алюминия (в патенте изобретателя прибор назывался «катодно-лучевое реле»). Сетка помещалась в центре баллона, деля его на две части: в нижней части – нить накала (катод), в верхней части – анод. В целях увеличения эмиссионных свойств радиолампы фон Либен предложил покрывать нить накала тонким слоем окисла кальция или бария и заполнять баллон парами ртути.
Патенты фон Либена приобрели все ведущие немецкие производители телефонно-телеграфного оборудования: Siemens & Halske, AEG, Telefunken, Felten & Guillaume. В 1913 г. инженер компании Telefunken Александр Мейсснер использовал лампу фон Либена для генерирования радиосигналов, и построил на ее основе первый в мире ламповый радиопередатчик, способный передавать как телефонные, так и телеграфные сигналы. Ламповый генератор Мейсснера содержал ламповый триод и колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора.
Преимуществом ламповых радиостанций и приемников по отношению к другим радиоустройствам являлась более высокая стабильность генерации и приема сигнала. Они были просты в изготовлении и эксплуатации, имели небольшой вес, легко перестраивались с волны на волну и обеспечивали высококачественную передачу речи и музыки, а в дальнейшем изображения. Электронная лампа становится материальной основой или элементной базой первой «электронной революции».
Конструкцию триода в 1915 г. усовершенствовал сотрудник исследовательской лаборатории компании Siemens and Halske Вальтер Шоттки. Он обнаружил зависимость термоэлектронной эмиссии от внешнего электрического поля и предложил для ослабления этого эффекта устанавливать вблизи катода экранную сетку. Запатентованная им в 1915 г. радиолампа была названа «тетродом», по числу электродов («тетра» по-гречески «четыре»). Научные открытия Шоттки в области физики твердого тела и электроники привели к изобретению множества устройств, носящих в настоящее время его имя.
Первые радиолампы имели слабый коэффициент усиления. Радиосигналы в эфире часто перекрывались один другим и мешали друг другу. Необходимы были дополнительные изыскания, чтобы превратить триод в настоящий усилитель. Этим новым устройством стала регенеративная схема (англ. pulse regenerating circuit), запатентованная в 1914-1916 гг. Ли де Форестом и Эдвином Армстронгом (Edwin Armstrong). Принцип изобретения состоял в том, что сигнал, полученный с выхода приемно-усилительной лампы, подавался обратно на вход. Затем в радиоприемниках появились усилители высокой и низкой частоты.
В 1915 г. ученый и инженер Ирвинг Ленгмюр (Irving Langmuir) из исследовательской лаборатории General Electric Company (GE) изобрел парортутный вакуумный насос, в 100 раз более мощный, чем любой, ранее существовавший. Это дало ему возможность сконструировать первый полноценный вакуумный триод (в патенте изобретателя прибор назывался «плиотрон») и, таким образом, положить начало развитию вакуумной электроники. Электрические токи в вакууме нашли широчайшую область применения. Это – все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры и СВЧ-генераторы. И везде, где производятся электровакуумные приборы, применяются насосы ленгмюровского типа.
В 1932 г. Ленгмюр удостоился Нобелевской премии «за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений», одним из которых являлось описание им в 1916 г. термоэлектронной эмиссии вольфрамовой нити накала, покрытой слоем оксида тория. В последующие годы вакуумные радиолампы с вольфрамовым торированным катодом и цепями накала, питающимися переменным током, во всем мире были признаны наилучшими по своей надежности и экономичности.