Аудион

Чтобы узнать о других значениях, см. Аудион (значения) .

Triode Audion Электронная лампа 1908 года. Нить накала (которая также была катодом) находилась в левом нижнем углу внутри лампы, но сгорела и больше не существует. Видны соединительные и поддерживающие провода нити. Пластина находится посередине вверху, а сетка представляет собой змеевиковый электрод под ней. Соединения пластины и сетки выходят из трубки справа.

Audion . представлял собой электронную обнаруживающую или усиливающую вакуумную лампу изобретен американским инженером-электриком Ли де Форестом в качестве диода в 1906 году. Усовершенствованный, он был запатентован как первый триод в 1908 году. Состоит из вакуумированной стеклянной трубки, содержащей три электрода : нагретую нить (катод, сделанный из тантала ), сетку и пластину (анод). Это важно в истории техники , поскольку это было первое широко используемое электронное устройство, способное усиливать сигнал . Сигнал малой мощности в сети может контролировать гораздо большую мощность в цепи пластины.

В аудионах было больше остаточного газа , чем в более поздних электронных лампах; остаточный газ ограничивал динамический диапазон и придавал Audion нелинейные характеристики и нестабильную работу. Первоначально разрабатывался как радиоприемник- детектор. добавив сетчатый электрод к клапану Флеминга , он не нашел особого применения, пока его усиливающая способность не была признана примерно в 1912 году несколькими исследователями. который использовал его для создания первых усилительных радиоприемников и электронных генераторов . Множество практических применений усиления стимулировали его быстрое развитие, и оригинальный Audion был заменен в течение нескольких лет улучшенными версиями с более высоким вакуумом.

История

Audion Радиоприемник от de Forest . Трубки Audion были установлены в перевернутом положении, чтобы тонкие нити не провисали и не касались решеток. Этот приемник обеспечивал возможность выбора работы любой из двух предусмотренных детекторных трубок.

С середины XIX века было известно, что газовое пламя обладает электропроводностью , и первые экспериментаторы в области беспроводной связи заметили, что на эту проводимость влияет присутствие радиоволн . Де Форест обнаружил, что газ в частичном вакууме, нагретый обычной лампой накаливания, ведет себя примерно так же, и что, если проволоку обернуть вокруг стеклянного корпуса, устройство может служить детектором радиосигналов. В его оригинальной конструкции небольшая металлическая пластина была запечатана в корпус лампы и подключалась к положительной клемме 22-вольтовой батареи через пару наушников, причем отрицательная клемма подключалась к одной стороне нити лампы. Когда беспроводные сигналы подавались на провод, обернутый снаружи стекла, они вызывали помехи в токе, которые вызывали звуки в наушниках.

Это было значительным событием, 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 космического тока, значительно повышает чувствительность; в самых ранних версиях это был просто кусок проволоки, согнутый в форме колосника (отсюда и сетка ).

Audion обеспечил прирост мощности; в других детекторах вся мощность для работы наушников должна была поступать от самой антенной цепи. Следовательно, слабые передатчики можно было услышать на больших расстояниях.

Патенты и споры

Де Форест и все остальные в то время сильно недооценили потенциал своей сети Audion, полагая, что она ограничивается преимущественно военными приложениями. Примечательно, что де Форест, по-видимому, не видел его потенциала в качестве усилителя телефонного ретранслятора в то время, когда он подал заявку на патент, хотя ранее он запатентовал усилительные устройства, а грубые электромеханические увеличители банкнот были проклятием телефонной индустрии в течение многих лет. минимум два десятилетия. (По иронии судьбы, в годы патентных споров, предшествовавших Первой мировой войне, только эта «лазейка» вообще позволяла производить вакуумные триоды, поскольку в патенте де Фореста на решетку Audion это применение не упоминалось).

(слева) Первый прототип Audion с сеткой (зигзагообразными проводами) между нитью накала и пластиной. (справа) Более поздняя конструкция аудионной трубки. Сетка и пластина состоят из двух частей по обе стороны от центральной нити. В обеих этих трубках перегорела нить накала.

Де Форест получил патент на свою раннюю патент версию Audion с двумя электродами 13 ноября 1906 года ( 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 Джона Амброуза Флеминга более ранних исследований по термоэлектронному клапану (на которые Флеминг получил патент Великобритании 24850 и американский на клапан Флеминга патент патент США 803684 ), и де Форест был втянут во многие патентные споры, связанные с радиотехникой. Де Форест был известен тем, что сказал, что он «не знал, почему это сработало, оно просто сработало».

Он всегда называл вакуумные триоды, разработанные другими исследователями, «осциллаудионами», хотя нет никаких доказательств того, что он внес какой-либо значительный вклад в их разработку. Это правда, 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 «Аудионы», на самом деле в них использовались высоковакуумные триоды со схемой, очень похожей на ту, что была разработана другими экспериментаторами.

В 1914 году Колумбийского университета студент Эдвин Говард Армстронг работал с профессором Джоном Гарольдом Моркрофтом над документированием электрических принципов Audion. Армстронг опубликовал свое объяснение Audion в журнале Electrical World в декабре 1914 года, дополненное принципиальными схемами и осциллографа . графиками В марте и апреле 1915 года Армстронг выступал в Институте радиоинженеров в Нью-Йорке и Бостоне соответственно, представив свою статью «Некоторые последние разработки в области аудионного приемника», которая была опубликована в сентябре. Комбинация двух статей была перепечатана в других журналах, таких как « Анналы Нью-Йоркской академии наук» . Когда позже Армстронг и де Форест столкнулись друг с другом в споре по поводу патента на регенерацию , Армстронг смог убедительно продемонстрировать, что де Форест до сих пор понятия не имел, как это работает.

Проблема заключалась в том, что (возможно, чтобы дистанцировать свое изобретение от клапана Флеминга) в первоначальных патентах де Фореста указывалось, что газ низкого давления внутри Audion необходим для его работы (Audion - это сокращение от «Audio-Ion»), и фактически это было раннее У аудионов 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 разработке настоящих электронных ламп, была проведена Ирвингом Ленгмюром в исследовательских лабораториях General Electric (GE).

Кенотрон и Плиотрон

Аудионы и ранние триоды, разработанные на их основе, 1918 г.

• Нижний ряд (D): Аудионы и осцилляудионы Де Фореста.
• Третий ряд (С): плиотроны, разработанные в General Electric. Ленгмюром
• Второй ряд (B): триоды, разработанные компанией Western Electric , которая выкупила права у де Фореста в 1913 году.
• Верхний ряд (А): французские триоды. Французское правительство получило право на производство аудионов в 1912 году, когда де Форест не смог продлить свои французские патенты из-за отсутствия 125 долларов.

Ленгмюр давно подозревал, что некоторые предполагаемые ограничения на работу различных электрических устройств низкого давления и вакуума могут быть вовсе не фундаментальными физическими ограничениями, а просто следствием загрязнения и примесей в производственном процессе. Его первым успехом была демонстрация того, что, вопреки тому, что уже давно утверждали Эдисон и другие, лампы накаливания могут работать более эффективно и с более длительным сроком службы, если стеклянная колба будет заполнена инертным газом под низким давлением, а не полным вакуумом. Однако это работало только в том случае, если используемый газ был тщательно «очищен» от всех следов кислорода и водяного пара. Затем он применил тот же подход к производству выпрямителя для недавно разработанных рентгеновских трубок «Кулидж». Опять же, вопреки широко распространенному мнению, благодаря тщательной чистоте и вниманию к деталям он смог создать версии диода Флеминга, способные выпрямлять сотни тысяч вольт. Его выпрямители назывались «Кенотроны» от греч. кено (пустой, ничего не содержит, как в вакууме) и трон (прибор, инструмент).

Затем он обратил свое внимание на лампу Audion, снова заподозрив, что ее заведомо непредсказуемое поведение можно было бы обуздать, проявив большую осторожность в производственном процессе.

Однако он применил несколько неортодоксальный подход. Вместо того, чтобы пытаться стабилизировать частичный вакуум, он задавался вопросом, можно ли заставить Аудион работать с полным вакуумом Кенотрона, поскольку стабилизировать его несколько легче.

Вскоре он понял, что его «вакуумный» Audion заметно отличался по характеристикам от версии де Фореста и на самом деле представлял собой совершенно другое устройство, способное к линейному усилению и на гораздо более высоких частотах. Чтобы отличить свое устройство от Аудиона, он назвал его «Плиотрон», от греческого слова « плио » (больше или больше, в этом смысле означающее усиление , больше выходного сигнала, чем входного).

По сути, он называл все свои конструкции электронных ламп кенотронами, причем плиотрон по сути представлял собой специализированный тип кенотрона. Однако, поскольку Pliotron и Kenotron были зарегистрированными торговыми марками, технические писатели были склонны использовать 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 массовом использовании похожие по звучанию бренды «Radiotron» и «Ken-Rad» превзошли оригинальные названия.

Приложения и использование

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

До появления Audion в радиоприемниках использовались различные детекторы, включая когереры , барреттеры и кристаллические детекторы . Самый популярный кристаллический детектор состоял из небольшого кусочка кристалла галенита , зондируемого тонкой проволокой, обычно называемой « детектором из кошачьих усов ». Они были очень ненадежны, требовали частой регулировки кошачьих усов и не давали усиления. Такие системы обычно требовали от пользователя прослушивания сигнала через наушники, иногда на очень низкой громкости, поскольку единственной энергией, доступной для работы наушников, была энергия, улавливаемая антенной. Для связи на большие расстояния обычно требовались огромные антенны, и в передатчик приходилось подавать огромное количество электроэнергии.

Audion был значительным улучшением в этом отношении, но оригинальные устройства не могли обеспечить какого-либо последующего усиления того, что производилось в процессе обнаружения сигнала. Более поздние вакуумные триоды позволяли усиливать сигнал до любого желаемого уровня, обычно путем подачи усиленного выходного сигнала одного триода в сетку следующего, что в конечном итоге обеспечивало более чем достаточную мощность для управления полноразмерным динамиком. Кроме того, они смогли усилить входящие радиосигналы перед процессом обнаружения, что сделало его работу намного более эффективной.

Электронные лампы также можно было бы использовать для создания превосходных радиопередатчиков . Сочетание гораздо более эффективных передатчиков и гораздо более чувствительных приемников произвело революцию в радиосвязи во время Первой мировой войны .

К концу 1920-х годов такие «ламповые радиоприемники» стали неотъемлемой частью большинства домохозяйств западного мира не появились транзисторные и оставались таковыми до тех пор, пока в середине 1950-х годов радиоприемники.

В современной электронике электронные лампы в значительной степени вытеснены полупроводниковыми устройствами, такими как транзисторы , изобретенные в 1947 году и реализованные в интегральных схемах в 1959 году, хотя электронные лампы и по сей день используются в таких приложениях, как мощные передатчики, гитарные усилители и т. д. некоторое высококачественное аудиооборудование.

Изображения приложений

• 
  Первый радиопередатчик Audion AM , построенный Ли де Форестом и анонсированный в апреле 1914 года.
• 
  Некоторые из самых первых радиопередатчиков Audion AM , построенные де Форестом примерно в 1916 году. Изобретение генератора Audion в 1912 году сделало возможной недорогую радиопередачу звука и привело к появлению радиовещания примерно в 1920 году.
• 
  Реклама Audion, Electrical Experimenter , 1916 г. журнал

Дальнейшее чтение

Почтовая марка 1973 года в честь аудиона 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 к Audion , MIT Press, ISBN  9780262082983
• Откуда берутся хорошие идеи , Глава V, Стивен Джонсон, Riverhead Books, (2011).

Внешние ссылки

• Фотография оригинальной трубки Audion 1906 года из цифровой галереи Нью-Йоркской публичной библиотеки.
• Льюис, Том (1991). «История телефона — Империя эфира: люди, создавшие радио» . Privateline.com . Архивировано из оригинала 11 мая 2014 года.
• 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 применение в радиотелеграфии и телефонии» (PDF) , Proceedings of the IEEE , 85 (9): 1496–1508, doi : 10.1109/jproc.1997.628726 , S2CID   47501618 . Перепечатка Ленгмюр, Ирвинг (сентябрь 1915 г.), «Чистый электронный разряд и его применение в радиотелеграфии и телефонии» , Proceedings of IRE , 3 (3): 261–293, doi : 10.1109/jrproc.1915.216680 . (Включает комментарии де Фореста.)
• Аудион: новый приемник для беспроводной телеграфии , Ли де Форест, Приложение к Scientific American № 1665, 30 ноября 1907 г., страницы 348–350, Приложение Scientific American № 1666, 7 декабря 1907 г., страницы 354–356.
• Audion Piano Ли де Фореста о «120-летии электронной музыки»
• https://books.google.com/books?id=YEASAAAAIAAJ&pg=PA166 Дебаты де Фореста и Армстонга
• Коул, AB (март 1916 г.). «Практические указатели по аудиону» . КСТ : 41–44. Лампа усилителя Audion полностью отличается от лампы детектора Audion по конструкции и вакууму. [страница 43]

  Также на странице 43 говорится:

  Обычные лампы-детекторы Audion не приспособлены для приема непрерывных волн, потому что вакуум не подходит для этой цели, а нити накаливания должны работать с такой высокой интенсивностью, что они служат очень недолго, что делает их неоправданно дорогими.

  Также на странице 44 говорится:

  СИНИЙ РАЗРЯД СВЕЧЕНИЯ

  Это появляется в некоторых лампах Audion и отсутствует в других. Если позволить ему сохраняться, вакуум автоматически увеличивается. По этой причине свечение не должно появляться и, тем более, не продолжаться, поскольку вакуум может подняться до очень высокого значения, что потребует очень высокого напряжения в батарее «B».