Чи де Форест і перші кроки електроніки

Чи де Форест і перші кроки електроніки

Хасапов Борис

Генії прокладають дороги в науках, а люди, що володіють розумом і смаком, розрівнюють і прикрашають їх. Поліпшення доріг слід рекомендувати, для того щоб краще переходити з одного боку на іншу.

Г. К. Ліхтенберг (1742-1799)

Який нації не хотілося б назвати одного зі своїх синів винахідником радіо і рахувати пріоритет великого відкриття за своєю батьківщиною? Ось чому вже століття не вщухають суперечки серед істориків науки. Наводяться убедительнейшие доводи і думки, в яких фігурує не так уже й багато імен: Максвелл (Англія), Герц (Німеччина), Бранлі (Франція), Попов (Росія), Марконі (Італія).

Серед цієї плеяди великих умів, кожен з яких заслуговує честі бути включеним в «життєпис» нового засобу зв'язку, можна зустріти і інших вчених, «рангом нижче». Але навіть серед них американський інженер Лі де Форест здається фігурою, на перший погляд, не зовсім підходить для ролі засновника радіо. Адже до досліджень в області радіотелеграфії він приступив, вже після того як перші сигнали були передані через Атлантику, а іскровий телеграф, як тоді називали радіо, досить широко використовувався на практиці. Але чому ж на батьківщині інженера-вченого, в США, його ім'я вимовляють в поєднанні зі словами «батько радіо» і навіть «дідусь телебачення»? Адже для цього повинні бути вагомі підстави. І вони є.

Радіотелефон - це актуально

Кінець ХІХ ст. був ознаменований подією, якому спочатку надали мало значення. Асистенти А. С. Попова - П. Н. Рибкін і

Д. С. Троїцький виявили з нинішньої точки зору «самоочевидну» річ.

Намагаючись знайти несправність в радіоприймачі «прозвонкой» електричних ланцюгів за допомогою звичайної телефонної трубки, вони чітко почули радіосигнали абетки Морзе найближчій радіостанції.

По-перше, це означало, що за допомогою радіохвиль можна передавати звукові сигнали. По-друге, з'явилася можливість приймати на слух малопотужний сигнал, на який не реагувало реле приймача - неодмінний елемент перших конструкцій.

26 липня 1899 р А. С. Попов отримує російську привілей і патенти в Англії і Франції на «Телефонний приймач депеш, що посилаються за допомогою електромагнітних хвиль по системі Морзе» [2]. Випробування нової системи зв'язку було вирішено провести на діючій ескадрі Чорноморського флоту. Під час літньої кампанії 1901 року в районі Новоросійська дальність передач часом досягала 80 миль (близько 150 км). Хоча зона впевненого прийому була трохи менше, але висновок, що радіохвилі сприймаються і за лінією горизонту, був однозначний [3].

Тут доречно навести класичний приклад «благоглупості», коли бюрократія стоїть на шляху розвитку прогресу. «Командування Чорноморського флоту, - повідомив Рибкін, - заборонило використання радіотелефонів на флоті, посилаючись на те, що телеграфна стрічка є документом, в той час як довіряти радисту, який брав на сл зажадали підтверджувати гербовою печаткою. А час ішов, попереду були трагедії Цусіми і «Титаніка», однак ніяких стимулів для проведення дослідницьких робіт в області передачі людської мови по радіо не було.

У США в той період такі роботи вже почалися. Їх результати показали, що іскрові передавачі для цієї мети не годяться і частота несучої хвилі повинна становити не менше 10 тис. Періодів в секунду. Питаннями радіотелефонії зайнявся інженер Р. Фесенден, який створив високочастотні електромашинні генератори (альтернатори). З 1906 р з їх допомогою і були проведені перші радіотелефонні переговори на узбережжі Атлантики. До речі, їх темою була вартість риби на Бостонському ринку.

Судноводії в США відмовилися вивчати правила роботи на телеграфному ключі, тому було вирішено мати радистів тільки на пасажирських судах (інші судна обладналися тільки радіотелефоном).

«Аудіон» - так названо винахід

Чи де Форест з'являється на арені робіт по искровому телеграфу в 1900 р Змінивши кілька лабораторій піонерів нового виду зв'язку, в 1902 році він організовує власну «Американську компанію бездротового телеграфу».

З електротехніки йому було відомо, що при опроміненні повітря полум'ям свічки, що горить він стає проведеним. Те ж відбувалося при нагріванні будь-якого розрідженого газу. Впевнений, що рано чи пізно серед світяться під дією електричного струму газів може бути знайдений хороший детектор для хвиль Герца, Лі де Форест приступає до експериментів.

Вже в 1903 році він справив дуже вдалий і перспективний досвід. Дві платинові обкладки повітряного конденсатора «лизало» полум'я, а на плазму всередині його діяло поле електромагнітної котушки, включеної між антеною та землею (рис. 1). За допомогою цього детектора Лі де Форест прийняв сигнали з судна, що стоїть в Нью-Йоркській гавані. Перший успіх окрилив винахідника. Але застосувати такий пристрій на практиці не представлялося можливим. «Було очевидно, що для суднової радіостанції пристосування з газовим полум'ям неприйнятно, - записав винахідник, - тому я став шукати спосіб нагрівати газ безпосередньо електричним струмом». Найпростіше для цієї мети було використовувати звичайну едісоновськой електролампочку, ввівши туди платинові пластинки електродів і обернувши частиною приймальні котушки скляний балон лампи. Згодом один з платинових електродів був видалений, а замість нього була застосована розпечена нитка лампи (рис. 2). Радіоприймач з таким детектором працював не гірше за інших аналогічних приладів, але і не краще.

Проводячи численні досліди, Лі де Форест одного разу обернув скляний балон лампи металічною фольгою, з'єднаної з антеною. Приймач став більш чутливим. «У той момент, - згадує вчений, - я зрозумів, що ефективність лампи може бути збільшена, якщо третій електрод помістити всередину». Що експериментатор і поспішив зробити. Якість прийому зросла. Подальші досліди призводять винахідника до думки, що це ефективним, якщо помістити його між ниткою розжарювання і токопріемние пластиною. «Очевидно, - здогадується Лі де Форест, - що третій електрод не повинен бути суцільний пластиною».

Почалися пошуки матеріалів, форм і розмірів електрода, а також місця його розташування між двома висновками лампочки.

Найбільш вдалою виявилася конструкція, в якій роль одного електрода виконувала розпечена нитка розжарення лампочки, вміщеній в інший електрод у вигляді циліндра. Між ними і розташовувався третій електрод, виконаний у вигляді дротяної спіралі (рис. 3). Своє дітище винахідник назвав «аудіон» (від латинського «аудіо» - чути і грецького «іон» - йде). Якість роботи пристрою визначалося по силі звучання сигналу на слух, і вона перевершувала всі застосовувалися до цього прилади. Пізніше з легкої руки англійського електротехніка Вільяма Ікклза лампи з трьома електродами стали називати тріодами.

Пошуки істини і відкриття

Флотські радисти (а саме на флоті застосовувалося новий засіб зв'язку), прагнучи збільшити чутливість аудіон, розігрівали нитку розжарення до неприпустимих меж, і вони перегорали. Фахівці військово-морського флоту, не розібравшись у проблемі, дали розпорядження «Не купувати аудіон, а користуватися старими детекторами».

Вчені не знаходили нічого нового в конструкції Лі де Фореста. Ось що писав винахідник діода Флемінг: «У жовтні 1906 г. буд-р Форест описав прилад, названий їм аудіон, який є простим повторенням мого, описаного вісімнадцятьма місяцями раніше. Введене зміна не дає суттєвої різниці в діях приладу як детектора »[6]. Писано в 1907 р, але навіть в 1908-м француз К. Тіссо підтверджує пріоритет Флемінга.

Цікавим є той факт, що обидва винахідника оригінальних електронних приладів, які взяли електрон як реальність, підходили до визначення пріоритету з різних позицій. Флемінг вважав прилади електронними, а Лі де Форест - іонними. Однак нічого дивного в цьому немає.

Інститути, які в той час вакуумні насоси, що призначалися для виробництва електричних лампочок розжарювання, були настільки недосконалими, що це дозволяло трактувати процеси, що відбуваються в аудіон, двояко. Чи де Форест вважав, що його прилад працює за принципом іонізації глибоко розрідженого газу. Тільки винахід дифузійних вакуумних насосів і багаторічні дослідження дозволили досконально вивчити можливості радіолампи з додатковим електродом і переконатися в електронному характері його внутрішніх процесів. Воістину революційною стала здатність аудіона посилювати надходить на нього сигнал. Радіоприймачі тепер могли сприймати сигнали віддалених радіостанцій або дуже слабкі. Потужності передавачів могли бути зменшені, що сприяло більш широкому поширенню радіотелефону.

Однак розвиток систем передачі людської мови не ставило своїм завданням впровадження радіомовлення, інформації або музичних Періко потрібна була радіотелефонія для ділової та вигідною двостороннього зв'язку, але сталося непередбачене ...

Всім набридла настирлива радіо- і телереклама. Але заради історичної справедливості слід визнати, що радіореклама з'явилася раніше радіомовлення. І саме безпосереднє відношення до неї має не хто інший, як винахідник аудіона. Ось що писав сам Лі де Форест: «У 1909 р я виробляв радіотелефони для США. Кожен комплект був випробуваний за допомогою записів фонографа. На мій подив, багато радіоаматори і професійні оператори насолоджувалися цими контрольними передачами. Природно, мені прийшла ідея щодо радіомовлення. Приваблива музика і цікаві програми могли передаватися в ефір, створюючи попит на бездротове обладнання ». З метою реклами були організовані перші трансляції в прямому ефірі з Нью-Йоркської «Метрополітен опера», а в листопаді 1916 року була втілена ідея пере- дачі процедури підрахунку голосів під час президентських виборів. Саме вона різко підвищила інтерес до широкомовною передачам по радіо.

Вперше в світі регулярне радіомовлення розпочалося в США з міста Пітсбурга з 1921 р Перша радіореклама, в якій розписувалися гідності і низька вартість квартир в багатоповерхівках Лонг-Айленда, була передана в 1922 р з Нью-Йорка. Однак до неї Лі де Форест не мав ніякого відношення.

Ще одне відкриття

Успішно впровадивши свій аудіон в радіоприймач, Лі де Форест не міг пройти повз ідеї використовувати його в радіопередавачі. Справа в тому, що генерування радіохвиль пов'язане з пристроями, що здійснюють коливальні процеси. Таких випромінювачів коливань в природі безліч. Це і звучить дзвін, і голосові зв'язки, і коливається під стелею люстра, і маятник настінного годинника.

В електриці можна створити джерело коливань, об'єднавши в ланцюг заряджений конденсатор і індуктивність, утворивши так званий коливальний контур. Всі природні коливальні системи видають затухаючі коливання. Струна через якийсь час перестає звучати, морські хвилі заспокоюються. Коливання в контурах теж загасають. Для високоякісних радіопередач потрібні коливання незгасаючі. А це непросто зробити. Для довгохвильового діапазону можна створити машинний генератор високочастотних коливань. А як вирішити питання з коливальним контуром, що забезпечує коливання практично будь-якої частоти?

Ось, наприклад, в настінних годиннику для створення незатухаючих коливань маятника протягом декількох діб були вбудовані спеціальні механізми, які регулярно підштовхують маятник в строго певний момент по фазі його руху. Енергія для цього береться у піднятих гир або заведеної пружини. Пристрій називається анкерним механізмом.

А як бути з коливальним контуром? Чи де Форест включає коливальний контур в ланцюг сітки свого аудіона, і по електричних ланцюгів посилений сигнал з коливального контуру знову потрапляє на цей же контур, «підштовхуючи» в потрібний момент коливання, щоб амплітуда іткритіе в електротехніці було названо позитивним зворотним зв'язком і нині застосовується в тисячах різних пристроїв.Патент на цю систему Лі де Форест отримав в 1915 р Тепер ніяких труднощів не становило отримувати електричні коливання потрібних частот. Правда, перші лампові генератори спочатку не могли забезпечити потрібних для передавачів потужностей. Розпочнеться жорстка конкуренція між альтернаторамі і ламповими генераторами. Зрештою альтернатори зникнуть з ужитку, а електронна лампа займе належне їй місце.

Але винахідник аудіона був би не американцем, якби не знайшов практичного застосування своїм устроєм не тільки на радіо. Він створює перший електронний музичний інструмент.

Сконструювавши на аудіон електричний генератор звукових частот по одному тріода на кожну октаву і посиливши сигнали, він подає їх в гучномовці, розташовані по периметру кімнати. Так попутно вирішуються питання об'ємного звуку. Але, головне, змінюючи налаштування коливальних контурів, Лі де Форест вдалося отримати чарівні, незвичні для людського слуху звуки. Свій інструмент Лі де Форест назвав «аудіон-піано». При цьому були висловлені пророчі слова: «Я сподіваюся, що за допомогою цієї маленької електронної лампи зможу зробити інструмент досить досконалий, щоб музиканти могли реалізовувати свої найбагатші музичні фантазії».

«Великий німий» заговорив

Кінематограф з'явився майже одночасно з першим радіоприймачем. Брати Луї і Огюст Люм'єр в березні 1895 р провели дослідну демонстрацію перших документально знятих кадрів. До кінця того ж року був побудований перший комерційний кінотеатр в Парижі. Спочатку фільми не можна було навіть вважати такими, втім, кінотеатри і ставилися до «технічним атракціонів» під назвою «жива фотографія».

Але дуже скоро ці атракціони стали серйозними конкурентами звичайному театру. Народжується новий вид мистецтва, дешевший і мобільний. Незабаром вся територія США покрилася мережею кінотеатрів, які відвідували до 5 млн глядачів в день. Стало ясно, що це також і великий бізнес [7].

Але чи довго можна зацікавлювати людей хоча і художньої, але мімікою і короткими субтитрами? Поява на екранах видатних акторів підняло престиж нового мистецтва до звання «великого німого», але, як кажуть англійці, «чудо - тільки дев'ять днів чудо». Кількість відвідувачів кінотеатрів стало скорочуватися.

Щоб виправити становище, стали наймати спеціальних музикантів-таперів, що супроводжували кіносеанси виконанням музики. Великий А. Едісон пристосував для цієї мети свій фонограф. якийсь винахідник

Гомін запропонував шановній публіці «хронофон». Під гучною назвою ховалася звичайна грамплатівка, що обертається синхронно з кінострічкою електродвигуном, де рух губ акторів більш-менш збігалися зі звуком. Але грамофон стояв біля кіноекрана, а проектор в іншому кінці залу. Керувати такою системою було складно. Про якість звукаест виявився, що називається, не при справах. Електротехнічні фірми зливалися в конгломерати. Гігантським компаніям він був не потрібен, а задовольнятися становищем рядового інженера з місячним платнею не дозволяла гордість. І Форест вирішив зайнятися проблемами озвучування фільмів.

Його ідея полягала в тому, що «світловий зайчик» записував на світлочутливої ​​плівці варіації звуку на звукову доріжку паралельно зображенню. Синхронність була ідеальна. За допомогою аудіон можна було домогтися будь-якій гучності. Для реклами свого нового винаходу з 1923 по 1927 р Лі де Форест зняв більше 100 звукових короткометражок з багатьма відомими акторами, передбачивши появу сучасних відеокліпів. Винахідник для реклами свого «фонофільма» здивував співвітчизників тим, що відтворив на кіноекрані виступ 30-го президента США Кулиджа на галявині перед Білим домом. Вперше американський лідер заговорив з екрану. Публіку ця новинка привела в захват. Знову почалася кіноліхорадка. народжувався

«Золотий вік» Голлівуду. Але скористатися цим успіхом винахіднику не довелося. «Адвокати фірм« Вестерн Електрик »і« Телефон Компані », - записав біограф де Фореста М. Уїлсон, - успішно обвели його навколо пальця і ​​скористалися його винаходом безоплатно».

Велику і плідну життя прожив американський інженер Лі де Форест. Людство багато чим йому зобов'язана. Одним з перших він повірив в існування електрона, разом з Флемінгом заклав основи радіоелектроніки. Результати його досліджень знайшли застосування в багатьох звичних речах: від суперсучасного мобільного телефону до штрих-коду на товарах. Однак, незважаючи на численні клопотання, Нобелівської премії він так і не був удостоєний.

5 жовтня 1956 року, через 50 років після винаходу радіолампи (аудіона), уряд Франції нагородив Лі де Фореста орденом «Почесного легіону». На врученні нагороди прозвучали слова, що «відкриття Лі де Фореста є одним з найбільших в історії науки і техніки, а фахівці всіх галузей науки повинні висловити свою повагу, свою вдячність і своє захоплення». Вимовив ці слова лауреат Нобелівської премії, фізик Луї де Бройль, один з творців квантової фізики. А він-то знав, що говорив.

Список літератури

1. Мітчелл Вілсон. Американські вчені і винахідники. - М., Знання, 1964. С. 129.

2. Родіонов В. М. Зародження радіотехніки. - М., Наука, 1985. С. 87-89.

3. Попов А. С. До 50-річчя винаходу радіо: Зб. документів. - Л., 1975, С. 205-206.

4. Рибкін П. Н. Десять років з винахідником радіо. - М., Связьиздат, 1946. С. 48-49.

5. Фессенден Р. Бездротова телефонія // Електричні коливання і хвилі: Збірник. Вип. 1. - СПБ, 1910. С. 65-116

6. Флемінг Д.А. Нові кроки в розвитку телеграфування за допомогою електричних хвиль / «Електричні коливання і хвилі». Збірник. Вип. 1. СПБ, 1910, с. 50-51

6. Енциклопедичний словник Гранат. Т. 24, изд. 13, М., 1914