Классификация и система обозначений

Классификация диодов по их назначению, физическим свойствам, основным электрическим параметрам, конструктивно-технологическим признакам, роду исходного материала (полупроводника) отображается системой условных обозначений их типов. Система условных обозначений постоянно совершенствуется в соответствии с возникновением новых классификационных групп и типов диодов. Обычно системы обозначений представлены буквенно-цифровым кодом.

СССР

На территории СССР система условных обозначений неоднократно претерпевала изменения и до настоящего времени на радиорынках можно встретить полупроводниковые диоды, выпущенные на заводах СССР и с системой обозначений согласно отраслевого стандарта ОСТ 11 336.919-81, базирующегося на ряде классификационных признаков изделий^[3]. Итак,

1. первый элемент буквенно-цифрового кода обозначает исходный материал (полупроводник), на основе которого изготовлен диод, например:
• Г или 1 — германий или его соединения;
• К или 2 — кремний или его соединения;
• А или 3 — соединения галлия (например, арсенид галлия);
• И или 4 — соединения индия (например, фосфид индия);
2. второй элемент — буквенный индекс, определяющий подкласс приборов;
• Д — для обозначения выпрямительных, импульсных, магнито- и термодиодов;
• Ц — выпрямительных столбов и блоков;
• В — варикапов;
• И — туннельных диодов;
• А — сверхвысокочастотных диодов;
• С — стабилитронов, в том числе стабисторов и ограничителей;
• Л — излучающие оптоэлектронные приборы;
• О — оптопары;
• Н — диодные тиристоры;
3. третий элемент — цифра (или в случае оптопар — буква), определяющая один из основных признаков прибора (параметр, назначение или принцип действия);
4. четвёртый элемент — число, обозначающее порядковый номер разработки технологического типа изделия;
5. пятый элемент — буквенный индекс, условно определяющий классификацию по параметрам диодов, изготовленных по единой технологии.

Кроме того, система обозначений предусматривает (в случае необходимости) введение в обозначение дополнительных знаков для выделения отдельных существенных конструктивно-технологических особенностей изделий.

Россия

Продолжает действовать ГОСТ 2.730-73 — приборы полупроводниковые. Условные обозначения графические.

Импортные радиодетали

Существует ряд общих принципов стандартизации системы кодирования для диодов за рубежом — наиболее распространены EIA/JEDEC и европейский Pro Electron стандарты.

EIA/JEDEC

Дополнительные сведения: Electronic Industries Alliance и Joint Electron Devices Engineering Council

Стандартизированная система EIA370 нумерации 1N-серии была введена в США EIA/JEDEC (Объединенный Инженерный Консилиум по Электронным Устройствам) приблизительно в 1960 году. Среди самого популярного в этой серии были: 1N34A/1N270 (германиевый), 1N914/1N4148 (кремниевый), 1N4001—1N4007 (кремниевый выпрямитель 1A) и 1N54xx (мощный кремниевый выпрямитель 3A)^[5][6][7].

Pro Electron

Дополнительные сведения: Pro Electron

Согласно европейской системы обозначений активных компонентов Pro Electron, введенной в 1966 году и состоящей из двух букв и числового кода:

1. первая буква обозначает материал полупроводника:
• A — Germanium (германий) или его соединения;
• B — Silicium (кремний) или его соединения;
2. вторая буква обозначает подкласс приборов:
• A — сверхвысокочастотные диоды;
• B — варикапы;
• X — умножители напряжения;
• Y — выпрямительные диоды;
• Z — стабилитроны, например:

• AA-серия — германиевые сверхвысокочастотные диоды (например, AA119);
• BA-серия — кремниевые сверхвысокочастотные диоды (например: BAT18 — диодный переключатель)
• BY-серия — кремниевые выпрямительные диоды (например: BY127 — выпрямительный диод 1250V, 1А);
• BZ-серия — кремниевые стабилитроны (например, BZY88C4V7 — стабилитрон 4,7V).

Другие

Другие распространённые системы нумерации/кодирования (обычно производителем), включают:

• GD-серия германиевых диодов (например, GD9) — это очень старая система кодирования;
• OA-серия германиевых диодов (например, OA47) — кодирующие последовательности разработаны британской компанией Mullard.

Система JIS маркирует полупроводниковые диоды, начинаясь с «1S».

Кроме того, многие производители или организации имеют свои собственные системы общей кодировки, например:

• HP диод 1901-0044 = JEDEC 1N4148
• Военный диод CV448 (Великобритания) = Mullard типа OA81 = GEC типа GEX23

Применение диодов

Диодные выпрямители

Трёхфазный выпрямитель Ларионова А. Н. на трёх полумостах

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямитель или диодный мост (То есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. на трёх параллельных полумостах применяется в автомобильных генераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.

В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновые выпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками), не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою.

В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов.

Если соединено последовательно и согласно(в одну сторону) несколько диодов, пороговое напряжение, необходимое для отпирания всех диодов, увеличивается.

Диодные детекторы

Основная статья: Детектор (электронное устройство)

Диоды в сочетании с конденсаторами применяются для выделения низкочастотной модуляции из амплитудно-модулированного радиосигнала или других модулированных сигналов. Диодные детекторы применяются в радиоприёмных устройствах: радиоприёмниках, телевизорах и т.п. Используется квадратичный участок вольт-амперной характеристики диода.

Диодная защита

Диоды применяются для защиты устройств от неправильной полярности включения, защиты входов схем от перегрузки, защиты ключей от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающей при выключении индуктивной нагрузки и т. п.

Два входа защищены диодными цепочками. Внизу — трёхвыводная защитная диодная сборка в сравнении со спичечной головкой

Для защиты входов аналоговых и цифровых схем от перегрузки используется цепочка из двух диодов, подключенных к шинам питания в обратном направлении, защищаемый вход подключается к средней точке этой цепочки. При нормальной работе диоды закрыты и почти не оказывают влияния на работу схемы. При уводе потенциала входа за пределы питающего напряжения один из диодов открывается и шунтирует вход схемы, ограничивая таким образом допустимый потенциал входа диапазоном в пределах питающего напряжения плюс прямое падение напряжения на диоде. Такие цепочки могут быть уже включены в состав ИС на этапе проектирования кристалла, либо предусматриваться при разработке схем узлов, блоков, устройств. Выпускаются готовые защитные сборки из двух диодов в трёхвыводных «транзисторных» корпусах.

Для сужения или расширения диапазона защиты вместо потенциалов питания необходимо использовать другие потенциалы в соответствии с требуемым диапазоном. При защите от мощных помех, возникающих на длинных проводных линиях, например, при грозовых разрядах, может потребоваться использование более сложных схем, вместе с диодами включающих в себя резисторы, варисторы, разрядники^[8][9].

Диодная защита ключа, коммутирующего индуктивную нагрузку

При выключении индуктивных нагрузок (таких как реле, электромагниты, магнитные пускатели, электродвигатели) возникает ЭДС самоиндукции:

,

где — индуктивность, — ток через индуктивность, — время.

ЭДС самоиндукции препятствуюет уменьшению силы тока через индуктивность и «стремится» поддержать ток на прежнем уровне. При выключении тока энергия магнитного поля, созданного индуктивностью, должна где-то рассеяться. Магнитное поле, создаваемое индуктивной нагрузкой, обладает энергией:

,

где — индуктивность — ток через индуктивность,.

Таким образом, после отключения индуктивность сама становится источником тока и напряжения, а возникающее на закрытом ключе напряжение может достигать высоких значений и приводить к искрению и обгоранию контактов механических и пробою полупроводниковых ключей поскольку в этих случаях энергия будет рассеиваться непосредственно на само́м ключе. Диодная защита является простой и одной из широко распространённых схем, позволяющих защитить ключи с индуктивной нагрузкой. Диод включается параллельно катушке так, что в рабочем состоянии диод закрыт. При отключении тока возникающая ЭДС самоиндукции направлена против ранее приложенного к индуктивности напряжения, эта противо-ЭДС открывает диод, ранее шедший через индуктивность ток продолжает течь через диод и энергия магнитного поля рассеется на нём, не вызывая повреждения ключа.

В схеме защиты с одним только диодом напряжение на катушке будет равным падению напряжения на диоде в прямом направлении — порядка 0,7–1,2 В, в зависимости от величины тока. Из-за малости этого напряжения ток будет спадать довольно медленно и для ускорения выключения нагрузки может потребоваться использование более сложной защитной схемы: стабилитрон последовательно с диодом, диод в комбинации с резистором, варистором или резисторно-ёмкостной цепочкой^[10].

Диодные переключатели

Применяются для коммутации высокочастотных сигналов. Управление осуществляется постоянным током, разделение ВЧ и управляющего сигнала с помощью конденсаторов и индуктивностей.

Диодная искрозащита

Основная статья: Барьер искрозащиты

Этим не исчерпывается применение диодов в электронике, однако другие схемы, как правило, весьма узкоспециальны. Совершенно другую область применимости имеют специальные диоды, поэтому они будут рассмотрены в отдельных статьях.

Интересные факты

• В первые десятилетия развития полупроводниковой технологии точность изготовления диодов была настолько низкой, что приходилось делать «разбраковку» уже изготовленных приборов. Так, диод Д220 мог, в зависимости от фактически получившихся параметров, маркироваться и как переключательный (Д220А,Б), и как стабилитрон (Д220С).^{[ источник не указан 1177 дней ]} Радиолюбители широко использовали его в качестве варикапа.
• Диоды могут использоваться как датчики температуры.
• Диоды в прозрачном стеклянном корпусе (в том числе и современные SMD-варианты) могут обладать паразитной чувствительностью к свету (то есть радиоэлектронное устройство работает по-разному в корпусе и без корпуса, на свету).

Примечания

1. ↑ Словарь по кибернетике / Под редакцией академика В. С. Михалевича. — 2-е. — Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. — 751 с. — (С48). — 50 000 экз. — ISBN 5-88500-008-5
2. ↑ ¹² www.yourdictionary.com: суффикс -од (ode) (англ.)
3. ↑ ¹² А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / Под ред. Н. Н. Горюнова. — 2-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — С. 13—31. — 744 с., ил с. — 100 000 экз.
4. ↑ Diode
5. ↑ About JEDEC. Jedec.org. Архивировано из первоисточника 5 августа 2012. Проверено 22 сентября 2008.
6. ↑ EDAboard.com. News.elektroda.net (10 июня 2010). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012. Проверено 6 августа 2010.
7. ↑ I.D.E.A Transistor Museum Construction Projects Point Contact Germanium Western Electric Vintage Historic Semiconductors Photos Alloy Junction Oral History. Semiconductormuseum.com. Архивировано из первоисточника 5 августа 2012. Проверено 22 сентября 2008.
8. ↑ Классификация и испытание грозозащит (рус.). «Сетевые решения», издательство «Нестор» (15 апреля 2004). — (Защита оборудования Ethernet). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 27 апреля 2012.
9. ↑ Некоторые вопросы использования газоразрядных приборов для защиты линий Ethernet (рус.). «Сетевые решения», издательство «Нестор» (12 мая 2008). Архивировано из первоисточника 30 мая 2012. Проверено 27 апреля 2012.
10. ↑ Барнс Дж. Электронное конструирование: Методы борьбы с помехами = John R. Barnes. Electronic System Design: Interference And Noise Control Techniques. — Prentice-Hall, 1987. — Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — С. 78–85. — 238 с. — 30 000 экз. — ISBN 5-03-001369-5 (рус.), ISBN 0-13-252123-7 (англ.)

См. также

• P-n-переход
• Кенотрон
• Игнитрон
• Транзистор
• Светодиод
• Выпрямительный диод
• Термоэлектронная эмиссия

Ссылки

• Объяснение работы диодов и транзисторов на аналогии с водопроводом
• Сравнение выпрямительных свойств транзистора и диода
• http://www.pilab.ru/csi/AUK/Microelectr/page38.html Раздел 3. «Диоды». Лекция № 8. Тема 3.2. Выпрямительные и детектирующие диоды
• http://tiristor.net/analogi-2 Таблицы аналогов диодов и тиристоров, зарубежные и отечественные

Источник — «http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Диод&oldid=47882116»

Категории:

• Полупроводниковые диоды
• Электронные лампы
• Радиотехника

 

Дуга Поулсена и передача голоса по радио.

«Эффект Эдисона» или тайна лампы накаливания

 

Джон Амброуз Флеминг (John Ambrose Fleming), 1849–1945

Английский инженер Джон Флеминг внес значительный вклад в развитие электроники, фотометрии, электрические измерения и радиотелеграфную связь. Наиболее известно его изобретение радио детектора (выпрямителя) с двумя электродами, которое он назвал термоэлектронной лампой, также известной как вакуумный диод, кенотрон, электронная лампа и лампа или диод Флеминга.

 

Это устройство, запатентованное в 1904, стало первым электронным детектором радиоволн, преобразующим радиосигналы переменного тока в постоянный ток. Открытие Флеминга было первым шагом в эпоху ламповой электронной техники. Эпохи, которая продлилась без малого до конца XX века.

Флеминг обучался в Университетском Колледже в Лондоне и в Кембридже у великого Максвелла, многие годы работал консультантом в лондонских компаниях Эдисона и Маркони.

 

Был весьма популярным преподавателем в Университетском колледже и первым, кто удостоился титула профессора электротехники. Был автором более сотни научных статей и книг, включая такие популярные: «Принципы электрической волновой телеграфной связи» (1906) и «Распространение электрических токов в телефонных и телеграфных проводах» (1911), которые много лет были ведущими книгами по данной теме. В 1881, когда электричество стало привлекать всеобщее внимание, Флеминг поступил на службу в компанию Эдисона в Лондоне на должность инженера-электрика, которую занимал почти десять лет.

 

Знания в области электротехники и большой практический опыт обеспечили ему высокий авторитет в научной среде. К его услугам прибегали многие компании в решении проблем электроосвещения и электричества.

 

Сорокалетняя трудовая деятельность Флеминга на должности профессора электротехники в Университетском Колледже, благодаря великолепным лекторским способностям, обеспечила ему большую популярность как преподавателя, и множество приглашений от различных учебных заведений.

 

Было естественным, что работы Флеминга по электричеству и телефонии должны были рано или поздно привести его в зарождающуюся радиотехнику. В течение более двадцати пяти лет он занимал должность научного советника в компании Маркони и даже принимал участие в создании первой трансатлантической станции в Полду.

 

Долгое время не стихали споры по поводу длины волны, на которой велась первая трансатлантическая передача. В 1935 году, в своих воспоминаниях, Флеминг так прокомментировал этот факт:

 

В 1901 длина волны электромагнитного излучения не измерялась, потому что я к тому времени еще не изобрел волномер (изобретен в октябре 1904). Высота подвеса антенны в первом варианте составляла 200 футов (61 м). Последовательно с антенной мы подключали трансформаторную катушку или «jiggeroo» (трансформатор затухающих колебаний). По моим оценкам первоначальная длина волны должна была быть не менее 3 000 футов (915 м), но позднее она была гораздо выше.

 

В то время я знал, что дифракция, изгиб волн вокруг земли, будет увеличиваться с увеличением длины волны и после первого успеха постоянно убеждал Маркони увеличить длину волны, что и было сделано, когда начались коммерческие передачи. Я помню, что разработал специальные волномеры, чтобы измерять волны длиной около 20 000 футов (6096 м).

 

Триумф Полду принадлежал Маркони, а известность Флемингу принесла «маленькая электрическая лампа накаливания» – диод Флеминга. Сам он так описывал это изобретение:

 

В 1882 в качестве советника компании Эдисона («Edison Electric Light Company of London») по электричеству, я решал многочисленные проблемы с лампами накаливания и начал изучать физические явления, происходящие в них всеми техническими средствами, имеющимися в моем распоряжении. Подобно многим другим я заметил, что нити накаливания легко ломались при небольших ударах и после перегорания ламп их стеклянные колбы меняли цвет. Это изменение стекла было настолько привычным, что принималось всеми как данность. Казалось пустяком обращать на это внимание. Но в науке должны приниматься во внимание все мелочи. Мелочи сегодня, завтра могут иметь огромное значение.

 

Задаваясь вопросом, почему колба лампы накаливания темнела, я начал исследовать этот факт и обнаружил, что во многих перегоревших лампах имелась полоска стекла, которая не изменила цвет. Было похоже, что кто-то брал закопченную колбу и стирал налет, оставляя чистой узкую полоску. Я установил, что лампы с этими странными, резко очерченными чистыми участками были в других местах покрыты осажденным углеродом или металлом. А чистая полоска была непременно U-образной формы, повторяющая форму угольной нити, и как раз на противоположной от перегоревшей нити стороне колбы.

 

Для меня стало очевидным, что ненарушенная часть нити действовала как экран, оставляющий ту самую характерную полоску чистого стекла, и что заряды из разогретой нити накаливания бомбардировали стенки лампы молекулами углерода или выпаренного металла. Мои эксперименты в конце 1882 и начале 1883 доказали, что я был прав.

 

Эдисон также заметил это явление, кстати, называемое «эффектом Эдисона», но не смог объяснять его природу.

 

В октябре 1884 исследованиями «эффекта Эдисона» занимался Вильям Прис. Он решил, что это было связано с испусканием угольных молекул от нити накаливания в прямолинейных направлениях, подтверждая, таким образом, мое первоначальное открытие. Но Прис, как и Эдисон, также не стал доискиваться до истины. Он не объяснил явление и не стремился его применить. «Эффект Эдисона» остался тайной лампы накаливания.

 

В 1888 Флеминг получил несколько специальных углеродных ламп накаливания, сделанных в Англии Эдисоном и Джозефом Сваном и продолжил эксперименты. Он приложил к угольной нити накаливания отрицательное напряжение и заметил, что бомбардировка заряженных частиц прекратилась.

 

При изменении положения металлической пластины, изменялась интенсивность бомбардировки. Когда же вместо пластины в колбу был помещен металлический цилиндр, расположенный вокруг отрицательного контакта нити без соприкосновения с ней, то гальванометр зафиксировал наибольший ток.

 

Флемингу стало очевидным, что металлический цилиндр «захватывал» заряженные частицы, которые испускала нить. Основательно изучив свойства эффекта, он обнаружил, что комбинация нити и пластины, названной анодом, могла использоваться как выпрямитель переменных токов не только промышленной, но и высокой частоты используемой в радио.

 

Работа Флеминга в компании Маркони, позволила ему тщательно ознакомиться с капризным когерером, использовавшимся в качестве датчика волн. В поисках лучшего датчика, он пытался разрабатывать химические детекторы, но в какое то время ему пришла мысль: «А почему бы ни попробовать лампу?».

 

Сначала он собрал колебательный контур, с двумя лейденскими банками в деревянном корпусе и с индукционной катушкой. Затем другую схему, которая включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.

Флеминг так описал свой эксперимент:

 

Было приблизительно 5 часов вечера, когда аппарат был закончен. Мне, конечно, очень хотелось проверить его в действии. В лаборатории мы установили две эти схемы на некотором расстоянии друг от друга, и я запустил колебания в основной цепи. К моему восхищению я увидел, что стрелка гальванометра показала стабильный постоянный ток. Я понял, что мы получили в этом специфическом виде электрической лампы, решение проблемы выпрямления высокочастотных токов. «Недостающая деталь» в радио была найдена и это была электрическая лампа!

 

Сначала он собрал колебательный контур, с двумя лейденскими банками в деревянном корпусе и с индукционной катушкой. Затем другую схему, которая включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.

 

Я сразу понял, что металлическая пластина должна быть заменена металлическим цилиндром, закрывающим всю нить, чтобы «собрать» все испускаемые электроны.

 

У меня в наличии имелось множество угольных ламп накаливания с металлическими цилиндрами, и я начал использовать их в качестве высокочастотных выпрямителей для радиотелеграфной связи.

 

Этот прибор я назвал колебательной лампой. Ей было сразу же найдено применение. Гальванометр заменили обычным телефоном. Замена, которая могла быть сделана в то время с учетом развития технологии, когда повсеместно использовались искровые системы связи. В таком виде моя лампа широко использовалась компанией Маркони в качестве датчика волн. 16 ноября 1904 я подал заявку на патент в Великобритании.

 

За изобретение вакуумного диода Флеминг был удостоен множества почестей и наград. В марте 1929 он был посвящен в рыцари за «неоценимый вклад в науку и промышленность».

 

«Поющая дуга» и «датский Эдисон»

Вильям Ду Боис Дуддель (William Du Bois Duddell), 1869–1942
Вальдемар Поулсен (Valdemar Poulsen), 1869–1942

В 1900 уличные фонари в Лондоне, как и повсюду в Европе, были уже электрическими, но источниками света в них были далеко не лампы накаливания, так хорошо известные и привычные в наши дни. Хотя знаменитое изобретение Эдисона было уже сделано, но его лампы пока еще не обеспечивали достаточно количества света и, кроме того, были довольно дороги и недолговечны. Это было время электродуговых угольных ламп (непрерывной электрической искры), но у них имелся неприятный недостаток – раздражающий, свистящий звук, издаваемый при горении. (Оказывается проблеме шума осветительных приборов уже более 100 лет. В частности, «свист» ламп дневного света в наше время также не доставляет радости.)

 

Английский физик Вильям Дуддель, в поисках пути устранения звука, нашел способ… управлять его тоном (частотой). Продемонстрированный им в 1899 в Лондоне прибор управлялся клавиатурой, благодаря которой можно было изменять подаваемое на лампы напряжение и, таким образом, менять тон «пения» дуги. Это позволяло воспроизводить музыкальные композиции. Устройство оказалось довольно забавным развлечением. Дуддель не особо верил в перспективность изобретения, из-за чего даже не пытался запатентовать устройство.

Трудно сказать в какой области оказало большее значение изобретение Дудделя – в радио или в музыке, но остается бесспорным фактом, что оно добавило еще один, пускай небольшой вклад в развитие науки.

 

Вероятней всего изобретение так и осталось бы занятной вещицей, если бы в 1903 году датский ученый Поулсен не развил идею «поющей дуги» Дудделя в своем генераторе – дуге Поулсена.

 

Поулсен обнаружил, что если «поющую дугу» поместить в атмосферу водорода, то частота колебаний увеличивается почти до 500 000 Гц, кроме того, водород позволял более эффективно отводить тепло. Следующей особенностью дуги Поулсена было поперечное магнитное поле, прикладываемое в месте ее горения. Это позволяло использовать более высокие напряжения и, таким образом, повысить мощность излучения.

 

За свой вклад в развитие радиотехники репортеры окрестили Вальдемара Поулсена «датским Эдисоном». В течение первых десятилетий XX века его дуговая система передачи была основой большинства устройств радиосвязи. Кроме дуги, Поулсен первым разработал (1899) принципы магнитной записи, используемые и в настоящее время (телеграфон Поулсена).

 

Трудно выделить из изобретений Поулсена более значимое: магнитная запись или дуговой передатчик. По-видимому, в контексте истории радио большую роль сыграла именно дуга. Кроме обеспечения более мощной и чистой передачи телеграфных сигналов она впервые в истории радио позволила всерьез задуматься о возможности передачи голоса.

Телеграфон Поулсена, 1915.

 

В 1903 Поулсен запатентовал «улучшенный дуговой генератор колебаний, использующий углеводородную атмосферу и магнитное поле» и первым предложил последовательное соединение дуговых ламп. В частности, улучшенная модификация генератора использовалась компанией «Telefunken». Построенная ею система в 1906 охватила 25 миль: «дуговые передатчики подключались последовательно по 6 генераторов при питании 220 В постоянного тока, по 12 при 440 В или по 24 при 880 В».

 

Когда дуговой передатчик был представлен в Америке, то сразу получил там широкое распространение и составил серьезную конкуренцию передатчикам Фессендена. Дуговые передатчики мощностью до 500 кВт были испытаны американским флотом и получили очень высокую оценку. Хотя у них тоже было немало недостатков: большое количество побочных гармоник и шумов. Кроме того, они выделяли так много тепла, что требовалась водяная система охлаждения. Несмотря на это, в течение Первой Мировой войны на многих военных кораблях были установлены именно передатчики Поулсена.

 

Первые телеграфные радиосистемы обходились искровыми передатчиками, для передачи же голоса требовались незатухающие колебания. Дуга Поулсена обеспечивала именно незатухающие колебания.

Схема дугового передатчика Поулсена, 1915.

1000 кВт дуговой конвертер Поулсена (Lafayette Radio Station).

Первый комплект (дуговой передатчик и приемник) созданный компанией «Poulsen Wireless», 1910, Пало-Альто (Palo Alto).

 

При работе телеграфом дуга полностью удовлетворяла поставленным целям, но при экспериментах с передачей голоса разработчики сталкивались с проблемой выбора микрофона. Для передачи голоса в дуговых системах Поулсена требовался микрофон, способный пропускать большой ток. Наиболее подходящим из имеющихся в то время, был угольный микрофон с водяным охлаждением.

 

В 1906 итальянец Каунт Мажорана предложил свой вариант передатчика на дуге Поулсена с использованием собственного изобретения – «гидравлического микрофона». Решение Мажораны было основано на гидродинамическом принципе: «вода становилась проводником при добавлении кислоты или соли и обеспечивала изменение тока и, кроме того, отводила тепло».

 

Большой заслугой Поулсена стало то, что он представил первую беспроводную систему, которая кроме телеграфии позволяла передавать еще и голос, обеспечивая достаточно высокое его качество.

 

До изобретения генераторной электронной лампы оставалось еще более десяти лет, так что дуга Поулсена была действительно единственно реальным устройством для экспериментов с радиотелефонией и радиовещанием в период 20–30-х годов XX века. Затем появится более эффективный генератор переменного тока Александерсона и дуговые передатчики, также как когда-то искровые, станут историей. А еще через несколько лет настанет эпоха ламповой техники.

 

Жидкостный бареттер Фессендена.

В мартовском номере журнала "Kentucky Progress Magazine" за 1930 была помещена статья, в которой, в частности, говорилось:

"Марри, штат Кентукки – место рождения радио" – гласит мемориальная доска, помещенная 28 марта 1930 в городском преподавательском колледже. Так отмечены заслуги Стабблфилда как "первого человека, который передал и принял по радио человеческий голос без проводов. Хотя он, несомненно, дал миру самое большое изобретение – радио, он не получил должных почестей".

И все-таки радиоволны

К 1902 беспроволочный телеграф Маркони стал неопровержимым фактом. И хотя еще делались жалкие попытки совершить переворот (см. выше) в беспроводной связи, "волны Герца" неотвратимо наступали по всем фронтам. Световые и индукционные системы с их ограниченной дальностью уже никем не принималась всерьез. Знаменитый символ "S" перелетевший океан в одночасье сделал устаревшими все "негерцевские" системы связи. Именно в этом контексте новые отряды исследователей начали искать пути передачи речи по эфиру.

Технологическим ограничением, которое также на какое-то время задержало переход к голосовой связи, был приемник. Для приема точек и тире кода Морзе в системе Маркони использовался когерер, который начинал проводить ток, подобно выключателю, при приеме электромагнитных импульсов. Когерер идеальным образом подходил для импульсов, но, к сожалению, не обладал достаточным быстродействием для приема сигналов звуковой частоты. Когерер не позволял приемнику "слышать" голос, а это являлось серьезным техническим препятствием к развитию радиотелефона. Для голоса были необходимы новые изобретения. И они не замедлили появиться. "Жидкостный бареттер" ("Liquid barretter") Фессендена, галенитовый детектор Пикарда должны были "озвучить" человеческий голос.

Первые ласточки

Реджинальд Обри Фессенден (Reginald Aubrey Fessenden), 1866–1932

Реджинальд Фессенден родился в Квебеке (Канада). Как сын министра, он получил прекрасное образование в Канаде и Нью-Йорке, во время которого "проявлял повышенный интерес к математическим и научным предметам".

В 1876 десятилетний Реджинальд присутствовал на демонстрации Александром Беллом телефона в его лаборатории в Брантфорде (провинция Онтарио, Канада). Шестью днями позже, Белл передал по телефону сообщение на рекордное по тем временам расстояние – 113 км, из Парижа (Онтарио) в Торонто (Онтарио). С благоговейным трепетом наблюдал Реджинальд за "чудесами" Белла и в душе мальчишки зародилась мечта о голосовой связи без проводов.

К 1902 Фессенден имел 13 патентов в области беспроводной связи, в которых были затронуты: "усовершенствование строительства антенн", "средства усиления принимаемых сигналов", "беспроводной телефон".

С 1900 Фессенден начал эксперименты в области радиотелеграфной связи для Американского Бюро погоды. Целью работ было изучение возможности использования радиосвязи в передаче метеосводок и прогнозов.

В это же время он всерьез заинтересовался передачей голоса и разработал принцип "наложения вибрирующих волн звуковой частоты, на постоянную радиочастоту, чтобы модулировать амплитуду радиоволны в форму звуковой волны". В дальнейшем этот принцип был назван амплитудной модуляцией.

Мало кто из ученых разделял идеи Фессендена относительно голосовой связи. "Большой Томас" (Эдисон) так прокомментировал высказывания Фессендена:

…Что предлагает Феззи (Fezzie–Фессинжер)? Как вы считаете, может ли человек допрыгнуть до Луны? Я думаю, что это так же вероятно, как и то, что он предлагает…

Эдисон ошибался.

…Впервые передал речь без проводов летом 1900 методом, изложенным в патенте №706747. Для повышения разборчивости принятой речи и устранения большого количества посторонних шумов в телефоне были изобретены различные устройства…

– писал Фессенден относительно своих ранних экспериментов. Нельзя с уверенностью утверждать имел ли место этот исторический факт, в особенности с учетом исторического "портрета" ученого, но вполне вероятно, что Фессенден все-таки передал и принял голос по радио в 1900 году. Фессенден одним из первых задумался над передачей голоса и первым реализовал ее.

Одним из наиболее важных его изобретений (патент 1903 г.) был "жидкостный бареттер" ("Liquid Barretter"). Детектор, основанный на свойствах зоны соприкосновения электрода и электролита, который использовался для радиотелеграфной и радиотелефонной связи. Жидкостный бареттер стал наиболее важным изобретением со времен когерера – наконец-то появилась возможность прослушивать в наушниках голос с приемлемым качеством.

В 1902 Фессенден начал работу в компании NESCO ("National Electric Signalling Company") которая финансировала его разработки. Вместе с инженером "Дженерал Электрик" Эрнстом Александерсоном они осуществляли разработку генератора переменного тока для NESCO. Генератор частотой 50 000 Гц позволил в дальнейшем реализовать первую официальную радиопередачу голоса со станции Брант Рок (штат Массачусетс) 24 декабря 1906. Первые эксперименты показали:

…Во время испытаний были переданы не только речь, но и записанные на фонографе речевые сообщения и музыка. Все получаемые радиосообщения отличались четкостью и разборчивостью и в этом отношении заметно выигрывали по сравнению с обычными линиям проводной связи.

По свидетельству современников Фессенден был сложным человеком. Он был "эксцентричным гением":

Фессенден и Александерсон работали вместе очень тесно и великолепно ладили, хотя это не относилось к другим сотрудни