Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Audion (значения) .
Триод Audion 1908 года. Нить накала (которая также была катодом) должна была находиться в нижнем левом углу внутри лампы, но она сгорела и больше не присутствует. Видны соединительные и поддерживающие провода нити. Пластина находится посередине вверху, а сетка - змеевидный электрод под ней. Соединения пластины и сетки оставляют трубку справа.

Audion был электронный обнаружения или амплификации вакуумной трубки [1] изобрел американский инженер - электрик Ли де Форест в 1906. [2] [3] [4] Это был первый триод , [1] [5] [6] [7 ] [8], состоящий из вакуумированной стеклянной трубки, содержащей три электрода : нагретую нить накала , сетку и пластину . [4] Это важно в истории технологий, потому что это было первое широко используемое электронное устройство, которое могло усилить; небольшой электрический сигнал, подаваемый на сетку, может управлять большим током, протекающим от нити к пластине. [4] [5]

Первоначальный триод Audion имел больше остаточного газа в лампе, чем более поздние версии и электронные лампы ; дополнительный остаточный газ ограничивал динамический диапазон и придавал Audion нелинейные характеристики и неустойчивую работу. [1] [7] Первоначально разработанный как детектор радиоприемника [3] путем добавления сеточного электрода к клапану Флеминга , он не нашел особого применения, пока его усилительная способность не была признана примерно в 1912 году несколькими исследователями [7] [9], которые использовали на нем были построены первые усилительные радиоприемники и электронные генераторы . [8] [10] Множество практических применений усиления стимулировали его быстрое развитие, и оригинальный Audion был заменен в течение нескольких лет улучшенными версиями с более высоким вакуумом. [7] [9]

История [ править ]

Один из первых радиоприемников Audion, сконструированный Де Форестом в 1914 году. Лампы Audion устанавливались вверх дном, тонкая нить накала свисала вниз, чтобы предотвратить провисание и касание сетки. Это был блок детектора (выпрямителя) и двухступенчатого усилителя звука ; радиосигнал шел от отдельного блока "тюнера".

С середины XIX века было известно, что газовое пламя является электропроводным , и первые экспериментаторы в области беспроводной связи заметили, что на эту проводимость влияет присутствие радиоволн . Де Форест обнаружил, что газ в частичном вакуумеНагреваемая обычной лампой нить накала вела себя примерно так же, и если бы проволоку обернуть вокруг стеклянного корпуса, устройство могло бы служить детектором радиосигналов. В его первоначальной конструкции небольшая металлическая пластина была запаяна в корпус лампы, и она была подключена к положительной клемме 22-вольтовой батареи через пару наушников, а отрицательная клемма была подключена к одной стороне нити накала лампы. Когда беспроводные сигналы подавались на провод, обернутый вокруг внешней стороны стекла, они вызывали помехи в токе, которые производили звуки в наушниках.

Это было значительным достижением, поскольку существующие коммерческие беспроводные системы были надежно защищены патентами ; новый тип детектора позволит Де Форесту продавать свою собственную систему. В конце концов он обнаружил, что подключение антенной схемы к третьему электроду, расположенному непосредственно на пути тока, значительно улучшает чувствительность; в его ранних версиях это был просто кусок проволоки, согнутый в форме колосника (отсюда и «сетка»).

Audion обеспечил прирост мощности; с другими детекторами вся мощность для работы наушников должна была поступать от самой антенной схемы. Следовательно, слабые передатчики можно было слышать на больших расстояниях.

Патенты и споры [ править ]

Де Форест и все остальные в то время сильно недооценили потенциал своего оригинального устройства, полагая, что его можно использовать только в военных целях. Примечательно, что он, по-видимому, никогда не видел его потенциала в качестве усилителя телефонного репитера , хотя грубые электромеханические лупы для заметок были проклятием телефонной индустрии в течение как минимум двух десятилетий. (По иронии судьбы, в годы патентных споров, приведших к Первой мировой войне, только эта «лазейка» позволяла вообще производить вакуумные триоды, поскольку ни в одном из патентов Де Фореста это приложение специально не упоминалось).

(слева) Первый прототип Audion с сеткой (зигзагообразной проволокой) между нитью и пластиной. [11] (справа) Более поздняя конструкция звуковой трубки. Сетка и пластина состоят из двух частей по обе стороны от центральной нити. В обеих этих трубках прогорает нить.

Де Форест получил патент на свою раннюю двухэлектродную версию Audion 13 ноября 1906 года ( патент США 841,386 ), а «триодная» (трехэлектродная) версия была запатентована в 1908 году ( патент США 879,532 ). Де Форест продолжал утверждать, что он разработал Audion независимо от более ранних исследований Джона Амброуза Флеминга по термоэлектронному клапану (на который Флеминг получил патент Великобритании 24850 и патент США на клапан Флеминга США 803684 ), и Де Форест оказался вовлеченным во многие патентные споры, связанные с радио. Де Форест был известен тем, что сказал, что «не знал, почему это сработало, оно просто сработало». [ необходима цитата ]

Он всегда называл вакуумные триоды, разработанные другими исследователями, «Осциллаудионами», хотя нет никаких свидетельств того, что он внес существенный вклад в их разработку. Верно, что после изобретения настоящего вакуумного триода в 1913 году (см. Ниже) Де Форест продолжал производить различные типы радиопередающих и приемных устройств (примеры которых показаны на этой странице). Однако, хотя он обычно описывал эти устройства как использующие «Audions», на самом деле они использовали триоды высокого вакуума, используя схемы, очень похожие на те, что были разработаны другими экспериментаторами.

В 1914 году студент Колумбийского университета Эдвин Ховард Армстронг работал с профессором Джоном Гарольдом Моркрофтом, чтобы задокументировать электрические принципы Audion. Армстронг опубликовал свое объяснение Audion в « Электрическом мире» в декабре 1914 года вместе с принципиальными схемами и графиками осциллографа. [12] В марте и апреле 1915 года Армстронг разговаривал с Институтом радиоинженеров в Нью-Йорке и Бостоне, соответственно, с докладом «Некоторые последние разработки в приемнике Audion», который был опубликован в сентябре. [10] Комбинация двух статей была перепечатана в других журналах, таких как Annals of the New York Academy of Sciences.. [12] Когда Армстронг и Де Форест позже столкнулись друг с другом в споре по поводу патента на регенерацию , Армстронг смог убедительно продемонстрировать, что Де Форест все еще понятия не имел, как это работает. [7] [13]

Проблема заключалась в том, что (возможно, чтобы отделить свое изобретение от клапана Флеминга) в оригинальных патентах Де Фореста указывалось, что газ низкого давления внутри Audion был необходим для его работы (Audion является сокращением от «Audio-Ion»), и на самом деле рано У Audions были серьезные проблемы с надежностью из-за того, что этот газ адсорбировался металлическими электродами. Audions иногда работали очень хорошо; в других случаях они вообще почти не работали.

Как и сам Де Форест, многочисленные исследователи пытались найти способы повысить надежность устройства за счет стабилизации частичного вакуума. Большая часть исследований, приведших к созданию настоящих электронных ламп, была проведена Ирвингом Ленгмюром в исследовательских лабораториях General Electric (GE).

Кенотрон и Плиотрон [ править ]

Аудионы и ранние триоды, разработанные на их основе в 1918 году.
Нижний ряд (D): De Forest Audions
Третий ряд (C): Плиотроны, разработанные в General Electric Ленгмюром
Второй ряд (B): триоды, разработанные в Western Electric, которая купила права у De Forest в 1913 году. Они использовались в телефонных репитерах, которые сделали возможным создание первой трансконтинентальной телефонной линии в 1915 году.
Верхний ряд (A): французские триоды. Французское правительство получило право производить Audions в 1912 году, когда Де Форест не смог продлить свои французские патенты из-за отсутствия 125 долларов.
Компания Дженерал Электрик Плиотрон

Ленгмюр давно подозревал, что определенные предполагаемые ограничения производительности различных электрических устройств низкого давления и вакуума могут быть вовсе не фундаментальными физическими ограничениями, а просто из-за загрязнения и примесей в процессе производства.

Его первым успехом было продемонстрировать, что, вопреки тому, что давно утверждали Эдисон и другие, лампы накаливания могли бы работать более эффективно и с более длительным сроком службы, если бы стеклянная оболочка была заполнена инертным газом низкого давления, а не полным вакуумом. Однако это сработало только в том случае, если использованный газ был тщательно «очищен» от всех следов кислорода и водяного пара. Затем он применил тот же подход к созданию выпрямителя для недавно разработанных рентгеновских трубок «Кулидж». Опять же, вопреки тому, что было раньше. Широко распространено мнение, что это возможно, благодаря тщательной чистоте и вниманию к деталям, он смог создать версии диода Флеминга, который мог бы выпрямлять сотни тысяч вольт. Его выпрямители были названы «кенотронами» от греческого кено (пустой, ничего не содержит,как в вакууме) итрон (прибор, прибор).

Затем он обратил свое внимание на трубку Audion, снова подозревая, что ее заведомо непредсказуемое поведение можно было бы с большей осторожностью приручить в процессе производства.

Однако он придерживался несколько неортодоксального подхода. Вместо того, чтобы пытаться стабилизировать частичный вакуум, он задавался вопросом, можно ли заставить Audion работать с полным вакуумом Kenotron, поскольку его было несколько легче стабилизировать.

Вскоре он понял, что его «вакуумный» Audion имел заметно отличающиеся характеристики от версии Де Фореста и действительно был совершенно другим устройством, способным к линейному усилению и на гораздо более высоких частотах. Чтобы отличить свое устройство от Audion, он назвал его «Pliotron» от греческого plio (больше или больше, в этом смысле означает усиление , больше выходящего сигнала, чем входящего).

По сути, он называл все свои конструкции с электронными лампами Кенотронами, а Плиотрон в основном был специализированным типом Кенотрона. Однако, поскольку Pliotron и Kenotron были зарегистрированными товарными знаками, технические писатели, как правило, использовали более общий термин «вакуумная лампа». К середине 1920-х годов термин «Кенотрон» стал относиться исключительно к ламповым выпрямителям, а термин «плиотрон» вышел из употребления. По иронии судьбы, в популярном использовании похожие по звучанию бренды «Радиотрон» и «Кен-Рад» пережили оригинальные названия.

Приложения и использование [ править ]

Первый радиопередатчик Audion AM, построенный Ли Де Форест и анонсированный в апреле 1914 г.
Некоторые из самых ранних радиопередатчиков Audion AM, построенные Де Форестом примерно в 1916 году. Изобретение генератора Audion в 1912 году сделало возможной недорогую передачу звука по радио и послужило причиной появления радиовещания примерно в 1920 году.
Реклама Audion, журнал Electric Experimenter , 1916 г.

Де Форест продолжал производить и поставлять Audions для ВМС США до начала 1920-х годов для обслуживания существующего оборудования, но в других местах к тому времени они уже считались устаревшими. Именно вакуумный триод сделал реальностью практическое радиовещание.

Перед введением Audion, радиоприемники использовали различные детекторы , включая когереров , barretters и кристаллических детекторов . Самый популярный кристаллический детектор состоял из небольшого кусочка кристалла галенита, исследуемого тонкой проволокой, обычно называемой детектором « кошачий ус».". Они были очень ненадежными, требовали частой регулировки кошачьего уса и не предлагали усиления. Такие системы обычно требовали, чтобы пользователь слушал сигнал через наушники, иногда на очень низкой громкости, поскольку для работы наушников использовалась только энергия принимается антенной.Для связи на большие расстояния обычно требовались огромные антенны, и на передатчик приходилось подавать огромное количество электроэнергии.

Audion был значительным улучшением по сравнению с этим, но оригинальные устройства не могли обеспечить какое-либо последующее усиление того, что было произведено в процессе обнаружения сигнала. Более поздние вакуумные триоды позволяли усилить сигнал до любого желаемого уровня, как правило, путем подачи усиленного выходного сигнала одного триода в сетку следующего, в конечном итоге обеспечивая более чем достаточную мощность для управления полноразмерным динамиком. Помимо этого, они смогли усилить входящие радиосигналы до процесса обнаружения, что сделало его работу намного более эффективной.

Из вакуумных ламп также можно было сделать лучшие радиопередатчики . Комбинация гораздо более эффективных передатчиков и гораздо более чувствительных приемников произвела революцию в радиосвязи во время Первой мировой войны .

К концу 1920-х такие «ламповые радиоприемники» стали неотъемлемой частью большинства домашних хозяйств западного мира и оставались таковыми еще долго после появления транзисторных радиоприемников в середине 1950-х годов.

В современной электронике , то вакуумная трубка была в значительной степени заменены твердотельными устройствами , такими как транзистор , изобретенный в 1947 году и реализован в интегральных схемах в 1959 году, хотя вакуумные трубки остаются по сей день в таких приложениях , как мощных передатчиков, гитарных усилителей и какое-то высококачественное аудиооборудование.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Окамура, Сого (1994). История электронных ламп . IOS Press. С. 17–22. ISBN 9051991452.
  2. ^ Де Форест запатентовал ряд вариаций своих детекторных трубок, начиная с 1906 года. Патент, который наиболее четко охватывает Audion, - это патент США 879 532 , Space Telegraphy , поданный 29 января 1907 года, выданный 18 февраля 1908 года.
  3. ^ а б Де Форест, Ли (январь 1906 г.). "Audion; новый приемник беспроводной телеграфии" . Пер. AIEE . Американский институт инженеров по электротехнике и электронике. 25 : 735–763. DOI : 10,1109 / т-aiee.1906.4764762 . Проверено 7 января 2013 года .Ссылка представляет собой перепечатку статьи из Приложения к Scientific American, № 1665, 30 ноября 1907 г., стр. 348-350, скопированной на веб-сайте « Ранняя история радио Соединенных Штатов» Томаса Х. Уайта.
  4. ^ a b c Годфри, Дональд Г. (1998). «Аудион» . Исторический словарь американского радио . Издательская группа «Гринвуд». п. 28. ISBN 9780313296369. Проверено 7 января 2013 года .
  5. ^ а б Амос, SW (2002). «Триод» . Словарь Newnes по электронике, 4-е изд . Newnes. п. 331. ISBN. 9780080524054. Проверено 7 января 2013 года .
  6. ^ Hijiya, Джеймс А. (1992). Ли де Форест . Издательство Лихайского университета. п. 77. ISBN 0934223238.
  7. ^ a b c d e Ли, Томас Х. (2004). Планарная микроволновая техника: Практическое руководство по теории, измерениям и схемам . Издательство Кембриджского университета. С. 13–14. ISBN 0521835267.
  8. ^ а б Хемпстед, Колин; Уортингтон, Уильям Э. (2005). Энциклопедия технологий 20-го века, Vol. 2 . Тейлор и Фрэнсис. п. 643. ISBN 1579584640.
  9. ^ a b Небекер, Фредерик (2009). Рассвет электронной эры: электрические технологии в формировании современного мира, 1914-1945 гг . Джон Вили и сыновья. С. 14–15. ISBN 978-0470409749.
  10. ^ a b Армстронг, EH (сентябрь 1915 г.). «Некоторые последние разработки в приемнике Audion» . Труды ИРЭ . 3 (9): 215–247. DOI : 10,1109 / jrproc.1915.216677 . S2CID 2116636 . . Переиздано как Armstrong, EH (апрель 1997 г.). «Некоторые последние разработки в Audion Receiver» (PDF) . Труды IEEE . 85 (4): 685–697. DOI : 10,1109 / jproc.1997.573757 .
  11. ↑ Де Форест, Ли (май 1930). «Эволюция вакуумной трубки» (PDF) . Радио Новости . Публикации Experimenter. 9 (11): 990 . Проверено 3 августа 2014 года .
  12. ^ a b Армстронг, EH (12 декабря 1914 г.). «Рабочие особенности Audion» . Электрический мир . 64 (24): 1149–1152.
  13. ^ Макникол, Дональд Монро (1946). Радио покорение космоса экспериментальный подъем в радиосвязи . Тейлор и Фрэнсис. С. 178–184.

Дальнейшее чтение [ править ]

Почтовая марка 1973 года в честь выступления Де Фореста
  • Radio Corp. против Radio Engineering Laboratories , 293 US 1 (Верховный суд США, 1934 г.).
  • Хонг, Сунгук (2001), Беспроводная связь: от черного ящика Маркони до Audion , MIT Press, ISBN 9780262082983
  • Откуда приходят хорошие идеи , глава V, Стивен Джонсон, Riverhead Books, (2011).

Внешние ссылки [ править ]

  • Фотография 1906 года оригинальной трубки Audion из Нью-Йоркской публичной библиотеки.
  • https://web.archive.org/web/20140511182508/http://www.privateline.com/TelephoneHistory3/empireoftheair.html
  • http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1262240/radio-technology/25131/The-Fleming-diode-and-De-Forest-Audion
  • Ленгмюр, Ирвинг (сентябрь 1997 г.) [1915], «Чистый электронный разряд и его приложения в радиотелеграфии и телефонии» (PDF) , Proceedings of the IEEE , 85 (9): 1496–1508, doi : 10.1109 / jproc.1997.628726 , S2CID  47501618. Перепечатка Ленгмюра, Ирвинга (сентябрь 1915 г.), «Чистый электронный разряд и его приложения в радиотелеграфии и телефонии» , Proceedings of the IRE , 3 (3): 261–293, doi : 10.1109 / jrproc.1915.216680. (Включает комментарии Де Фореста.)
  • Audion: новый приемник для беспроводной телеграфии , Ли де Форест, Приложение Scientific American № 1665, 30 ноября 1907 г., страницы 348–350, Приложение Scientific American № 1666, 7 декабря 1907 г., стр. 354–356.
  • Audion Piano Ли Де Фореста в песне "120 лет электронной музыки"
  • https://books.google.com/books?id=YEASAAAAIAAJ&pg=PA166 Дебаты Де Фореста и Армстонга
  • Коул, AB (март 1916 г.). «Практические указатели на Audion» . QST : 41–44. Лампа усилителя Audion полностью отличается от лампы детектора Audion конструкцией и вакуумом. [стр. 43]
    Также на странице 43 говорится:
    Обычные лампы детектора Audion не приспособлены для приема непрерывных волн, потому что вакуум не подходит для этой цели и потому, что нити накала должны работать с такой высокой интенсивностью, что они служат очень быстро, что делает их излишне дорогими.
    Также на странице 44 говорится:
    СИНИЙ РАЗРЯД СВЕТА
     Это появляется в некоторых лампах Audion, но не в других. Если позволить продолжаться, вакуум автоматически увеличивается. По этой причине не следует допускать появления свечения и, конечно же, прекращения его продолжения, поскольку вакуум может возрасти до очень высокого значения, что потребует очень высокого напряжения в батарее «B».