Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Первый прототип клапана Fleming, построенный в октябре 1904 года.
Ранние коммерческие лампы Флеминга, используемые в радиоприемниках, 1919 г.
Схема клапана Флеминга из патента США 803,684.

Флеминга клапан , называемый также колебаний клапана Флеминга , был термоэлектронной клапан или вакуумная трубка изобретен в 1904 году английский физик Джон Амброз Флеминг в качестве детектора для ранних радиоприемниках , используемых в электромагнитной беспроводной телеграфии . Это была первая практическая вакуумная лампа и первый термоэмиссионный диод , вакуумная лампа, предназначенная для проведения тока в одном направлении и блокирования тока в противоположном направлении. Позднее термоэмиссионный диод широко использовался в качестве выпрямителя - устройства, преобразующего переменный ток.(AC) в постоянный ток (DC) - в источниках питания широкого спектра электронных устройств, пока его не начали заменять селеновые выпрямители в начале 1930-х годов и почти полностью заменять полупроводниковыми диодами в 1960-х. Клапан Флеминга был предшественником всех электронных ламп, которые доминировали в электронике в течение 50 лет. IEEE описал его как «один из самых важных событий в истории электроники», [1] , и он находится на Список IEEE Вехи для электротехники .

Как это работает [ править ]

Ресивер клапана производства Marconi Co. имеет два клапана Fleming на случай, если один перегорит.

Клапан состоит из вакуумной стеклянной колбы, содержащей два электрода : катод в виде « нити накала », петлю из углеродной или тонкой вольфрамовой проволоки, аналогичной той, что использовалась в лампах того времени, и анод ( пластина ). состоящий из металлической пластины. Хотя в ранних версиях анод представлял собой плоскую металлическую пластину, расположенную рядом с катодом, в более поздних версиях он стал металлическим цилиндром, окружающим катод. В некоторых версиях лампу окружал заземленный медный экран для защиты от воздействия внешних электрических полей.

Во время работы через катодную «нить» протекает отдельный ток, нагревая его, так что некоторые электроны в металле получают достаточно энергии, чтобы покинуть свои родительские атомы в вакууме трубки. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией . Выпрямляемый переменный ток подается между нитью накала и пластиной. Когда пластина имеет положительное напряжение по отношению к нити накала, электроны притягиваются к ней, и электрический ток течет от нити к пластине. Напротив, когда пластина имеет отрицательное напряжение по отношению к нити накала, электроны не притягиваются к ней, и ток не течет через трубку (в отличие от нити накала, пластина не испускает электроны). Поскольку ток может проходить через клапан только в одном направлении, он « выпрямляет«переменного тока в пульсирующий постоянный ток.

Эта простая операция была несколько усложнена наличием остаточного воздуха в клапане, поскольку вакуумные насосы времен Флеминга не могли создать такой высокий вакуум, какой существует в современных электронных лампах. При высоких напряжениях клапан может стать нестабильным и колебаться, но это происходило при напряжениях, намного превышающих обычно используемые.

История [ править ]

Клапан Флеминга был первым практическим применением термоэлектронной эмиссии , обнаруженным в 1873 году Фредериком Гатри . В результате своей работы над лампой накаливания в 1880 году Томас Эдисон обнаружил, что нагретый материал с отрицательного электрода (позже выяснилось, что это электроны) движется через вакуум и собирается на положительном электроде, что привело к тому, что его назвали Эффект Эдисона . Эдисон получил патент на это устройство как часть электрического индикатора в 1884 году, но не нашел для него практического применения. Профессор Флеминг из Университетского колледжа Лондона консультировал Edison Electric Light Companyс 1881 по 1891, а затем для компании Marconi Wireless Telegraph .

В 1901 году Флеминг разработал передатчик, который использовал Гульельмо Маркони для первой передачи радиоволн через Атлантический океан от Польду , Англия , до Новой Шотландии , Канада . Расстояние между двумя точками составляло около 3500 километров (2200 миль). Хотя контакт, о котором было сообщено 12 ноября 1901 года, был широко провозглашен в то время большим научным достижением, есть также некоторый скептицизм по поводу этого утверждения, потому что полученный сигнал, три точки азбуки Морзе "S", был таким. слабый примитивный приемник с трудом отличил его от атмосферного радиошумавызванный статическими разрядами, что побудило более поздних критиков предположить, что это мог быть случайный шум. Тем не менее, Флемингу было ясно, что для надежной трансатлантической связи с существующим передатчиком требуется более чувствительная приемная аппаратура.

Термоэмиссионные диодные клапаны, заимствованные из клапана Флеминга, с 1930-х годов (слева) по 1970-е годы (справа)

В приемнике трансатлантической демонстрации использовался когерер , который имел плохую чувствительность и ухудшал настройку приемника. Это побудило Флеминга искать детектор, который был бы более чувствительным и надежным, но в то же время лучше подходил бы для использования с настроенными схемами. [2] [3] В 1904 году Флеминг попробовал лампу на эффекте Эдисона для этой цели и обнаружил, что она хорошо справляется с исправлением высокочастотных колебаний и, таким образом, позволяет обнаруживать выпрямленные сигналы с помощью гальванометра.. 16 ноября 1904 года он подал заявку на патент США на то, что он назвал колебательным клапаном. Этот патент был впоследствии выпущен под номером 803 684 и сразу же нашел применение при обнаружении сообщений, отправляемых кодом Морзе. Клапан Флеминга использовался компанией Marconi в своих корабельных приемниках примерно до 1916 года, когда его заменили триодом .

Колебательные клапаны [ править ]

Клапан Fleming оказался началом технологической революции. Прочитав статью Флеминга 1905 года о его колебательном клапане, американский инженер Ли де Форест в 1906 году создал трехэлементную вакуумную лампу Audion , добавив проволочную сетку между катодом и анодом. Это было первое электронное усилительное устройство, позволяющее создавать усилители и генераторы непрерывных волн . Де Форест быстро усовершенствовал свое устройство, превратив его в триод , который стал основой для дальней телефонной и радиосвязи, радаров., и первые цифровые компьютеры в течение 50 лет, до появления транзисторов в 1960-х. Флеминг подал в суд на Де Фореста за нарушение его патентов на клапаны, что привело к десятилетиям дорогостоящих и разрушительных судебных разбирательств, которые не были урегулированы до 1943 года, когда Верховный суд США признал патент Флеминга недействительным. [4]

Приложения питания [ править ]

Позже, когда вакуумная труба оборудование стало получать питание от мощности стенки с помощью трансформаторов вместо батарей, Флеминг клапан был разработан в выпрямитель для получения пластины постоянного тока (анод) напряжения , требуемое другими вакуумных трубками. Примерно в 1914 году Ирвинг Ленгмюр из General Electric разработал высоковольтную версию под названием Kenotron, которая использовалась для питания рентгеновских трубок . В качестве выпрямителя трубка использовалась для высоковольтных приложений, но ее высокое внутреннее сопротивление делало ее неэффективной в низковольтных и сильноточных приложениях. До тех пор, пока в 1970-х годах электронное оборудование не было заменено транзисторами, в радиоприемниках и телевизорах обычно использовалась одна или несколько диодных ламп.

Ссылки и примечания [ править ]

Цитаты [ править ]

  1. ^ "Вехи: Клапан Флеминга, 1904" . Сеть глобальной истории IEEE . IEEE . Проверено 29 июля 2011 года .
  2. ^ Радиосвязь: краткий обзор
  3. ^ Джон Амброуз Флеминг (1849-1945), WA Atherton, опубликованный в Wireless World, август 1990 г.
  4. ^ Верховный суд признал патент недействительным из-за неправильного заявления об отказе от ответственности и позже подтвердил, что технология, указанная в патенте, на момент подачи заявки была известна как искусство. Для получения дополнительной информации см. « Непонимание Верховного суда: загадочная глава в истории радио» . Mercurians.org.

Патенты [ править ]

Изданный
  • Патент США 803684 - Прибор для преобразования переменного электрического тока в постоянный ток (патент на клапан Флеминга)
Процитировано
  • Патент США 1290438 , 7 января 1910: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р. А. Вегантом.
  • Патент США 954619 , 12 апреля 1910 г .: Патент Джона Амброуза Флеминга.
  • Патент США 1379706 , 10 марта 1917: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р.А. Вегантом.
  • Патент США 1252520 , 8 января 1918: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р. А. Вегантом.
  • Патент США 1278535 , 10 сентября 1918: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р.А. Вегантом.
  • Патент США 1289981 , 31 декабря 1918: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р.А. Вегантом.
  • Патент США 1306208 , 10 июня 1919 г .: Усовершенствование схемы клапана Флеминга, выполненное Р. А. Вегантом.
  • Патент США 1338889 , 4 мая 1920: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р. А. Вегантом.
  • Патент США 1347894 , 27 июля 1920 г .: Инверторный преобразователь от LW Chubb.
  • Патент США 1380206 , 31 мая 1921 г .: усовершенствование клапана Флеминга, разработанное Р. А. Вегантом.
  • Патент США RE16363 , 15 июня 1926 г .: Инверторный преобразователь от LW Chubb.
  • Патент США 1668060 , 1 мая 1928 г .: усовершенствование схемы клапана Флеминга, выполненное PE Edelman.
  • Патент США 2472760 , 7 июня 1949 г .: Усовершенствование электродов, выполненное HL Ratchford.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с клапанами Флеминга на Викискладе?
  • Центр истории IEEE
  • Ноябрь 1904 года: Флеминг открывает термоэмиссионный (или колебательный) клапан, или «диод».
  • Музей Искры
  • Страница обратного времени