Audion - Audion

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.

В Audion был электронным детектором или усиливающим вакуумная труба[1] изобретен американским инженером-электриком Ли де Форест в 1906 г.[2][3][4] Это был первый триод,[1][5][6][7][8] состоящий из вакуумированной стеклянной трубки, содержащей три электроды: с подогревом нить, а сетка, а пластина.[4] Это важно в история техники 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]

У оригинального триода Audion было больше остаточный газ в трубке чем более поздние версии и вакуумные трубки; дополнительный остаточный газ ограничивал динамический диапазон и придавал Audion нелинейные характеристики и неустойчивую работу.[1][7] Первоначально разрабатывался как радиоприемник. детектор[3] добавив сетчатый электрод к Клапан Флеминга, он не нашел особого применения, пока его усилительная способность не была признана примерно в 1912 году несколькими исследователями,[7][9] кто использовал его для создания первого усилителя 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

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 детектор (выпрямитель) и двухступенчатый аудио усилитель единица измерения; радиосигнал шел от отдельного блока "тюнера".

С середины XIX века было известно, что газовое пламя электропроводящий, и ранние экспериментаторы беспроводной связи заметили, что на эту проводимость влияет присутствие радиоволны. Де Форест обнаружил, что газ в частичном вакуум Нагреваемая 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 патенты; 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 колосник (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

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 ее потенциала как усилитель репитера телефона, хотя грубый электромеханический заметки лупы был проклятием телефонной индустрии по крайней мере два десятилетия. (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).

(оставили) Первый прототип Audion с сеткой (зигзагообразной проволокой) между нитью и пластиной.[11] (верно) Поздний дизайн 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 г.Патент США 841,386 ), а вариант «триод» (трехэлектродный) был запатентован в 1908 г. (Патент США 879 532 ). Де Форест продолжал утверждать, что он разработал Audion независимо от Джон Амброуз Флеминг более раннее исследование термоэмиссионный клапан (на что Флеминг получил патент Великобритании 24850 и американский Клапан Флеминга патент Патент США 803,684 ), и Де Форест оказался втянутым во многие патентные споры, связанные с радио. Де Форест был известен тем, что сказал, что «не знал, почему это сработало, оно просто сработало».[нужна 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 г. Колумбийский университет ученик Эдвин Ховард Армстронг работал с профессором Джон Гарольд Моркрофт документировать электрические принципы Audion. Армстронг опубликовал свое объяснение Audion в Электрический мир в декабре 1914 г., вместе с принципиальными схемами и графиками осциллографа.[12] В марте и апреле 1915 года Армстронг разговаривал с Институт Радиоинженеров в Нью-Йорке и Бостоне, соответственно, с презентацией своей статьи «Некоторые последние разработки в приемнике Audion», которая была опубликована в сентябре.[10] Комбинация этих двух статей была перепечатана в других журналах, таких как Летопись Нью-Йоркской академии наук.[12] Когда Армстронг и Де Форест позже столкнулись друг с другом в споре по поводу регенерация патент, Армстронг смог убедительно продемонстрировать, что Де Форест до сих пор 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, многие исследователи пытались найти способы повысить надежность устройства за счет стабилизации частичного вакуума. Большая часть исследований, которые привели к созданию настоящих электронных ламп, была проведена Ирвинг Ленгмюр в General Electric (GE) исследовательские лаборатории.

Кенотрон и Плиотрон

На их основе появились аудионы и ранние триоды, 1918 год.
Нижний ряд (D): Де Форест Аудионс
Третий ряд (С): Плиотроны, разработанные в г. General Electric по Langmuir
Второй ряд (В): триоды, разработанные в Western Electric которая купила права у Де Форест в 1913 году. Они использовались в телефонных разговорах. повторители что сделало возможным строительство первой трансконтинентальной телефонной линии в 1915 году.
Верхний ряд (А): 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 (пусто, ничего не содержит, как в вакууме) и трон (прибор, инструмент).

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 Кенотрона, 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 «Плиотрон» от греческого. плио (больше или больше, в этом смысле означает прирост, выходит больше сигнала, чем входит).

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

Первый радиопередатчик Audion AM, построенный Ли Де Форестом и анонсированный в апреле 1914 года.
Некоторые из самых ранних радиопередатчиков Audion AM, построенные Де Форестом около 1916 года. Изобретение генератора Audion в 1912 году сделало возможной недорогую радиопередачу звука и привело к появлению радиовещание около 1920 г.
Реклама Audion, Электрический экспериментатор журнал, 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. Это был вакуум триод это сделало практические радиопередачи реальностью.

До появления Audion в радиоприемниках использовалось множество детекторы включая когереры, барреттеры, и кристаллические детекторы. Самый популярный кристаллический детектор состоял из небольшого кусочка галенит кристалл, исследуемый тонкой проволокой, обычно называемой "детектор кошачьих усов ". 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. Кроме того, они смогли усилить входящие радиосигналы до процесса обнаружения, что сделало его работу намного более эффективной.

Вакуумные лампы также могут использоваться для создания превосходных радиопередатчики. Комбинация гораздо более эффективных передатчиков и гораздо более чувствительных приемников произвела революцию в области радиосвязи во время Первая Мировая Война.

К концу 1920-х такие «ламповые радиоприемники» стали неотъемлемой частью большинства западный мир домашних хозяйств, и оставалась таковой до долгого времени после введения транзистор радио в середине 1950-х гг.

В современном электроника, то вакуумная труба был в значительной степени вытеснен твердое состояние такие устройства, как транзистор, изобретенный в 1947 году и реализованный в интегральные схемы в 1959 году, хотя электронные лампы по сей день используются в таких приложениях, как мощные передатчики, гитарные усилители и некоторое высококачественное аудиооборудование.

Рекомендации

  1. ^ а б 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 распространяется на Audion, - Патент США 879 532 , Космическая телеграфия, подана 29 января 1907 г., выдана 18 февраля 1908 г.
  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. Дои:10.1109 / t-aiee.1906.4764762. Получено 7 января, 2013. Ссылка на перепечатку статьи в Приложение к журналу Scientific American, № 1665, 30 ноября 1907 г., стр. 348-350, скопировано с книги Томаса Х. Уайта. Ранняя история радио США интернет сайт
  4. ^ а б c Годфри, Дональд Г. (1998). "Аудион". Исторический словарь американского радио. Издательская группа «Гринвуд». п. 28. ISBN  9780313296369. Получено 7 января, 2013.
  5. ^ а б Амос, С. В. (2002). "Триод". Newnes Dictionary of Electronics, 4-е изд.. Newnes. п. 331. ISBN  9780080524054. Получено 7 января, 2013.
  6. ^ Хиджия, Джеймс А. (1992). Ли де Форест. Издательство Лихайского университета. п. 77. ISBN  0934223238.
  7. ^ а б c d е 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. ^ а б 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. ^ а б Армстронг, Э. (Сентябрь 1915 г.). «Некоторые последние разработки в приемнике Audion». Труды IRE. 3 (9): 215–247. Дои:10.1109 / jrproc.1915.216677. S2CID  2116636.. Переиздано как Армстронг, Э. (Апрель 1997 г.). «Некоторые последние разработки в приемнике Audion» (PDF). Труды IEEE. 85 (4): 685–697. Дои:10.1109 / jproc.1997.573757.
  11. ^ Де Форест, Ли (май 1930). «Эволюция вакуумной трубки» (PDF). Радио Новости. Публикации Experimenter. 9 (11): 990. Получено 3 августа, 2014.
  12. ^ а б Армстронг, Э. (12 декабря 1914 г.). «Функциональные возможности Audion». Электрический мир. 64 (24): 1149–1152.
  13. ^ Макникол, Дональд Монро (1946). Покорение космоса радио - экспериментальный рост радиосвязи. Тейлор и Фрэнсис. С. 178–184.

дальнейшее чтение

Почтовая марка 1973 года в честь выступления Де Фореста

внешняя ссылка