Аудион — электронная детектирующая или усиливающая лампа , изобретенная американским инженером-электриком Ли де Форестом в 1906 году . Это был первый триод , состоявший из вакуумированной стеклянной колбы, содержащей три электрода : нагретую нить накала , сетку и . Это было первое широко используемое электронное устройство, обладающее усилением ; небольшой электрический сигнал, подаваемый на сетку, мог управлять током большой силы, протекающим от нити накала к пластине.

Оригинальный триод аудион имел больше остаточного газа в колбе, чем более поздние версии электронных ламп ; дополнительный остаточный газ ограничивал динамический диапазон и придавал аудиону нелинейные характеристики и переменную эффективность . Первоначально разработанный как детектор радиоприемника путем добавления сетчатого электрода к , он почти не имел применения, пока в 1912 году несколькими исследователями не была признана его усиливающая способность. Затем его использовали для создания первых радиоприёмников и электронных генераторов . Многочисленные варианты применения аудиона для усиления стимулировали его быстрое развитие, и оригинальный аудион был заменен в течение нескольких лет улучшенными версиями с более чистым вакуумом .

История

С середины 19-го века было известно, что горящий газ обладает электропроводностью , и ранние экспериментаторы по 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 бы провод был обернут вокруг стеклянного корпуса, устройство могло бы служить детектором радиосигналов. В его оригинальной конструкции маленькая металлическая пластина была запечатана в корпус лампы, которая была соединена с положительным выводом 22-вольтовой батареи через пару наушников , отрицательный вывод был подключен к одной стороне нити накала лампы. Когда беспроводные сигналы подавались на провод, обернутый вокруг внешней стороны стекла, они вызывали возмущения в токе, который производил звуки в наушниках.

Это было значительным событием, поскольку существующие коммерческие беспроводные системы были в значительной степени защищены патентами ; новый тип детектора позволил бы Де Форесту продавать свою собственную систему. В конце концов он обнаружил, что подключение антенной цепи к третьему электроду, расположенному непосредственно на пути тока, значительно повышает чувствительность; в его ранних версиях это был просто кусок проволоки, согнутый в форме решетки.

Аудион обеспечивал увеличение мощности; с другими детекторами вся мощность для работы наушников должна была поступать от самой антенной схемы. Следовательно, слабые передатчики могли быть слышны на больших расстояниях.

Патенты и споры

Де Форест и другие инженеры в то время сильно недооценивали потенциал своего оригинального устройства, полагая, что оно будет ограничено в основном военным применением. Примечательно, что он, по-видимому, никогда не видел его потенциала в качестве усилителя телефонного ретранслятора , хотя грубые электромеханические усилители были проклятием телефонной промышленности по крайней мере два десятилетия.

Де Форест получил патент на свою раннюю двухэлектродную версию Audion 13 ноября 1906 года ( ), а «триодная» (трехэлектродная) версия была запатентована в 1908 году ( ). Де Форест продолжал утверждать, что он разработал аудион независимо от более ранних исследований Джона Эмброуза Флеминга термоэлектронных клапанов (за которые Флеминг получил британский патент 24850 и ), и Де Форест оказался втянут во многие патентные споры, связанные с радио. Он всегда называл вакуумные триоды, разработанные другими исследователями, «осциллаудионами», хотя нет никаких свидетельств того, что он внёс какой-либо значительный вклад в их разработку. Правда, после изобретения вакуумного триода в 1913 году Де Форест продолжал конструировать различные типы передающих и приёмных устройств. Однако, хотя он обычно описывал эти устройства как использующие «аудионы», на самом деле они использовали высоковакуумные триоды, используя схему, очень похожую на схему, разработанную другими экспериментаторами.

В 1914 году студент Колумбийского университета Эдвин Говард Армстронг работал с профессором Джоном Гарольдом Моркрофтом, чтобы документировать электрические принципы аудиона. Армстронг опубликовал свое объяснение аудиона в декабре 1914 года, дополненное схемами и графиками осциллографа . В марте и апреле 1915 года Армстронг выступил в в Нью-Йорке и Бостоне, представив свою статью «Некоторые последние разработки в области аудиоприемника», которая была опубликована в сентябре . Сочетание этих двух работ было перепечатано в других журналах, таких как «Анналы Нью-Йоркской академии наук» . Когда Армстронг и Де Форест позже столкнулись друг с другом в споре о патенте на регенеративный радиоприёмник , Армстронг убедительно доказал, что Де Форест до сих пор не понимает принципов его работы . Проблема заключалась в том, что оригинальные патенты Де Фореста указывали, что газ низкого давления внутри аудиона необходим для его работы (аудион — это сокращение «аудио-иона»), и на самом деле ранние аудионы имели серьёзные проблемы с надежностью из-за того, что этот газ адсорбировался металлическими электродами . Иногда аудионы работали очень хорошо, а иногда почти не работали.

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

Кенотрон и Плиотрон

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 обусловлены загрязнением и примесями в процессе производства. Его первый успех состоял в демонстрации того, что лампы накаливания могли бы функционировать более эффективно и с более длительным сроком службы, если бы стеклянная колба была заполнена инертным газом низкого давления, а не полным вакуумом. Однако это срабатывало только в том случае, если используемый газ тщательно очищался от всех следов кислорода и водяного пара . Затем изобретатель применил тот же подход к изготовлению выпрямителя для недавно разработанных рентгеновских трубок «Кулидж». Опять же, вопреки широко распространенному мнению, что это возможно, благодаря тщательной чистоте и вниманию к деталям, он смог создать версии диода Флеминга , которые могли выпрямлять сотни тысяч вольт. Его выпрямители назывались «Кенотронами» от греческого keno (пустой, ничего не содержащий, как в вакууме) и tron (прибор). Затем он обратил свое внимание на лампу аудион, снова подозревая, что ее печально известное непредсказуемое поведение может быть отрегулировано в процессе производства. Однако учёный выбрал несколько неортодоксальный подход. Вместо того чтобы пытаться стабилизировать частичный вакуум, он задался вопросом, можно ли заставить аудион функционировать с полным вакуумом, как кенотрон, поскольку его было легче стабилизировать.

Вскоре Ленгмюр понял, что его «вакуумный» аудион имеет заметно отличающиеся характеристики от версии Де Фореста и на самом деле является совершенно другим устройством, способным к линейному усилению и на гораздо более высоких частотах. Чтобы отличить свое устройство от аудиона, он назвал его «плиотрон», от греческого plio (больше — в этом смысле означает усиление, больше сигнала выходит, чем входит). По существу, он называл все свои конструкции вакуумных ламп кенотронами, причем плиотрон в основном был специализированным типом кенотрона. Однако, поскольку плиотрон и кенотрон были зарегистрированными торговыми марками, технические авторы, как правило, использовали более общий термин «вакуумная трубка». К середине 1920-х годов термин «кенотрон» стал относиться исключительно к вакуумным ламповым выпрямителям, в то время как термин «плиотрон» вышел из употребления.

Применение на практике

Де Форест продолжал производить и поставлять аудионы для ВМС США для обслуживания существующего оборудования до начала 1920-х годов, но в других местах они считались сильно устаревшими к тому времени. Именно вакуумный триод сделал практические радиопередачи реальностью. До появления аудиона радиоприемники использовали различные детекторы, включая когереры , барреттеры и кристаллические детекторы . Самый популярный кристаллический детектор состоял из небольшого кусочка кристалла галенита , которого касалась тонкая проволока, обычно его называли «детектором кошачьих усов». Они были очень ненадежны, требовали частых регулировок и не давали никакого усиления. Такие системы обычно требовали, чтобы пользователь слушал сигнал через наушники , иногда на очень низкой громкости, так как почти вся энергия, доступная для работы наушников, поступала от антенны. Для дальней связи обычно требовались огромные антенны, и в передатчик подавалось огромное количество электроэнергии.

Аудион был значительным улучшением по сравнению с ними, но оригинальные устройства не могли обеспечить никакого последующего усиления обнаруженного сигнала. Более поздние вакуумные триоды позволяли усилить сигнал до любого желаемого уровня, обычно подавая усиленный сигнал с выхода одного триода на сетку следующего, что в конечном итоге обеспечивало более чем достаточную мощность для использования полноразмерного динамика . Кроме того, они смогли усилить поступающие радиосигналы до процесса обнаружения, что сделало его работу намного более эффективной.

Электронные лампы также использовались 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 домашних хозяйств западного мира и оставались таковыми ещё долгое время после появления транзисторных радиоприемников в середине 1950-х годов.

В современной электронике электронная лампа была в значительной степени вытеснена твердотельными устройствами , такими как транзистор, изобретенный в 1947 году и реализованный в интегральных схемах в 1959 году, хотя электронные лампы остаются и по сей день в таких устройствах, как мощные передатчики, гитарные усилители и другое высокачественное аудиооборудование.

Примечания