Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

История отрасли пособие

.pdf
Скачиваний:
68
Добавлен:
10.03.2016
Размер:
2.48 Mб
Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

В.Г. Шамшин

История технических средств коммуникации

(Учебно-методический комплекс)

Издание второе, дополненное и исправ-

ленное

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром

в качестве учебного пособия для студентов радиотехнических специальностей

Владивосток

2008

Содержание

 

Введение

3

1. Развитие электротехники и начало электроники

6

2. Электронные компоненты

26

3. Электрическая связь

47

3.1. Телеграфная связь

48

3.2. Телефонная связь

63

4. Радиотехнические устройства

85

5. Звукозапись и звуковоспроизведение

108

6. Телевидение

122

7. Вычислительная техника

145

7.1. Первые счетные приспособления

147

7.2. Счетные машины

158

7.3. Зарубежные вычислительные машины

177

7.4. Отечественная вычислительная техника

189

Биографические данные

201

Методические материалы

209

1. Рабочая учебная программа

209

2. Тестовые вопросы для итогового контроля

211

Библиографический список

220

История людьми творится И пишется история людьми, Но, чтобы истины в истории добиться, Соленым потом нужно изойти.

В.Шамшин

ВВЕДЕНИЕ

Развитие цивилизации невозможно представить без соответствующего развития средств труда, объединенных понятием "технические устройства".

На начальном этапе техника(тэхнэ – греч.) представляла собой набор практических знаний, применяемых в жизни человека, от отдельных простейших орудий до достаточно сложных технических устройств. В этот период технические знания сформировались как практические навыки, набор технологических и конструкторских приемов. По мере развития промышленного производства (с середины XVIII в.) технические знания стали использоваться в качестве приложений к различным областям естествознания. В дальнейшем технические знания выделились в самостоятельное направление развития науки, приведшее к формированию инженерных наук. В настоящее время под техникой принято понимать совокупность различных видов технической деятельности от научно-технических исследований и проектирования отдельных устройств или систем до их производства и эксплуатации. Также к технике относят совокупность технических знаний и умений, способы, методы и приемы взаимоотношений.

Одной из таких отраслей является радиоэлектроника – наука о технике приема, передачи и обработки информации (разъяснение, сообщение – лат.) с помощью электрических и электромагнитных процессов, вследствие расширения коммуникативности между членами общества и отдельными его группами. В начале эта потребность проявлялась в виде простого отражения -из менений окружающей среды, затем, с появлением и развитием технических устройств, были созданы сложные системы по сбору и обработке информации. Имеется множество определений понятия"информация": от наиболее общего философского ("информация есть отражение реального мира", “информация есть снятая неопределенность” и т.д.) до практического ("информация есть все сведения о событиях в общественной жизни, яв-

лениях природы, о процессах в технических устройствах, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования").

Вобщем случае к информации предъявляется ряд требований. Она должна быть достоверной – отражающей истинное состояние, полной – достаточной для понимания и принятия решения, актуальной – важной для настоящего времени, адекватной – соответствующей реальному состояния рассматриваемого объекта или протекающего процесса.

Взависимости от конкретных условий процесс передачи, приема и хранения информации может быть осуществлен непосредственно(устно или

письменно) или при помощи различных технических средств. Техническими средствами производства информации являются радиоэлектронное, программное и математическое обеспечение. Информация, зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением и может быть передана с помощью специальных сигналов. Под сигналом принято понимать физический процесс, распространяющийся в пространстве и времени, параметры которого способны отображать(содержать) сообщение. Сигнал может быть звуковым, световым и др. В настоящее время наиболее распространенным видом передачи информации является электрический сигнал, один из параметров которого (амплитуда, частота, фаза) изменяется в зависимости от характера сообщения. Обобщенная схема приема-передачи информации на основе электрического сигнала представлена на рис.1.

Рис.1. Общая схема передачи информации

Коммуникационные технологии обеспечивают передачу информации соответствующими техническими средствами, а именно - с помощью телеграфа и телефона, радио, телевидения и других телекоммуникационных устройств. Обработка полученной информации производится средствами -вы числительной техники.

Любая коммуникативная система содержит передающую и приемную части, работа которых осуществляется в определенном диапазоне частот (длин волн) изменения электрических сигналов.

В зависимости от объема и вида передаваемой информации, требуемой дальности передачи устанавливается несущая частота передающего электрического сигнала. Общепринято частотное разделение электромагнитных волн на несколько диапазонов.

Электрический сигнал во времени может изменяться непрерывно или дискретно. В первом случае информация, отображаемая с помощью непрерывных сигналов, называется аналоговой, а во втором, когда информация отображается с помощью дискретных сигналов, она носит название импульсной или цифровой.

 

 

Таблица 1.

Распределение частотного диапазона

 

 

 

Диапазон волн

Частота, мГц

Область применения

 

(Длина волны, м)

 

Сверхдлинные

0,003 - 0.03 (105 – 104)

Радиотелеграфия

Длинные

0.03- 0.3 (104 –103)

Радиовещание,

 

 

гидролокация.

Средние

0.3 – 3 (103 – 102)

Радиовещание.

Короткие

3 – 30 (100 – 10)

Радиовещание, радио-

 

 

связь.

Ультракороткие:

30 - 300 (10-1)

Радиовещание, телеви-

метровые

 

дение, радиолокация.

дециметровые

300 – 3000 (1- 0.1)

Телевидение, радиоло-

 

3*103–3*104 (0.1– 0.01)

кация, сотовая связь.

сантиметровые

Радиолокация.

миллиметровые

3*104-3*105 (10-2–10-3)

Радиолокация.

Историческое развитие техники, представляемое не только как история создания отдельных технических средств, но и как история технических решений и проектов, позволяет оценить взаимосвязь общественного и технического прогресса, а также ум и изобретательность создателей техники. История техники показывает процесс создания различных технических - уст ройств и систем, роль личности в этом процессе. Знание истории техники может стать основой реализации как ранее представленных, так и новых идей. При этом необходимо иметь в виду, что на том или ином этапе степень развития техники определялся уровнем познания законов природы и потребностями общества.

Настоящее учебное пособие, не являясь описанием истории развития радиоэлектроники и радиоэлектронных устройств в полном понимании, представляет собой в большей степени справочник основных открытий и изобретений в рассматриваемой области.

1.РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

ИНАЧАЛО ЭЛЕКТРОНИКИ

Отыщи всему начало и ты многое поймешь.

Козьма Прутков

Изучение электрических и магнитных явлений, разработка способов производства, передачи, измерения электрической энергии связано с научной и экспериментальной деятельностью многих поколений ученых и инженеров.

Развитие знаний об электричестве и электромагнитных явлениях можно -ус ловно разделить на несколько этапов. На первом этапе примерно до середины XVII в. происходило наблюдение, сбор первичной информации и начало использования естественных магнитных материалов.

Из истории известно, что в Индии магниты использовались для извлечения железных наконечников стрел из тел раненных воинов, в древней Греции в Фалесе было открыто притяжение янтаря, натертого мехом, в Китае уже применялись "югоуказатели", представлявшие собой магнитные стрелки.

В XIII в. удалось установить ряд свойств магнитов: существование разноименных полюсов, распространение магнитных воздействий через различные тела, наличие магнитного полюса земли.

На втором этапе началось активное изучение свойств электричества и магнетизма, открытие основных их закономерностей и свойств.

Третий этап, на котором электротехника становится самостоятельной отраслью знания и техники, характеризуется активным использованием электрического тока в жизни, созданием базовых устройств генерирования, передачи и потребления электрического тока.

Накопление знаний в области электротехники привело к появлению целого ряда научных направлений, в последующем выделившихся в самостоятельные отрасли. С середины XX в. электричество проникло во все области человеческой жизни.

Хронология

VI в. до н.э.. Пифагор, проводя эксперименты в области акустики, устанавливает связь между высотой тона и длиной струны или трубы.

Появление первых сведений об электричестве и магнетизме: открытие свойств натертого янтаря (электрона – греч.) притягивать легкие предметы, а магнита – железные.

IV в. до н.э. Вывод представлений о распространении звука в воздухе (звучащее тело вызывает сжатие и разрежение воздуха).

III в. до н.э. Открытие Евклидом закона прямолинейного распространения света и закона отражения.

XIII в. Г.Бекон (Англия) открыл существование магнитных полюсов и осевое расположение магнитов, воздействие магнитов на металлические предметы через различные материалы (бумагу, ткани).

1269 г. Пьер Перегрино(Франция) подготовил первый рукописный трактат по магнетизму "О магнитах", где дал описание методов определения полярности магнита, взаимодействия полюсов, намагничивание прикосновением, явление магнитной индукции, некоторое техническое применение магнитов и т.п. Трактат был опубликован в1558 г. На основе своих выводов Перегрино произвел градуировку компаса.

XV в. Леонардо да Винчи на основе своих исследований по отражению звука сформулировал принцип независимости распространения звуковых волн от различных источников.

XVI в. Английский врач Вильям Гильберт, на основе большого количества проведенных опытов сделал выводы оналичии магнитных свойств земли, электрических свойств серы, смол, произвел деление тел по отношению к электричеству на электрики и диэлектрики.

1600 г. Уильям Гильберт разделил все тела на"электрические", электризующиеся при трении, и "неэлектрические", которые трением не электризуются.

1650 г. Бургомистр Отто Герике(Германия) изготовил шар из серы, насадил его на железный стержень, укрепленный на деревянном штативе. При вращении шара с помощью специальной ручки и одновременном прикосновении к нему ладонями рук или какого-либо материала происходила его электризация. Таким образом была создана первая простейшая электростатическая машина (ЭСМ), которую можно было использовать для получения электрических зарядов искусственным способом. Герике наблюдал электрическое притяжение и отталкивание, т. е. электростатическую индукцию, эффект острия, электропроводность льняной нити, которой шар передавал свою способность притягивать легкие тела и др.

1675 г. Исаак Ньютон в статье, доложенной Королевскому обществу, предложил в электростатической машине вместо серного шара использовать стеклянный и дополнить ее ручным приводом.

Оле Ремер (Дания) впервые определяет скорость света 214000 км/с.

1700 г. Франсис Хоксби использовал в качестве источника"электрической силы" стеклянную трубку, потираемую рукой, бумагой или меховой шкуркой. Впоследствии он стал использовать снабженный ручным приводом вращающийся стеклянный шар.

1729 г. Английский академик Стефан Грей открыл способность стеклянной трубки притягивать легкие тела, а также способность тела пропускать электрические заряды от стеклянной трубки другим телам(явление электропроводности). Он установил, что электричество способно передаваться от одних тел к другим по металлической проволоке. Подтвердил деление тел на проводники (металлические материалы) и непроводники (шелковая нить).

1733 г. Член Парижской академии наук Шарль Дюфе сделал открытие о наличии двух видов электричества, установил эффект притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных.

1742 г. Английский ученый Жан ТеофильДезагюлье ввел понятия "проводник" и "непроводник" электричества.

1744 г. Электростатическая машина (ЭСМ) дополнена элементом, названным позднее кондуктором– металлической трубкой, подвешенной на шелковых нитях. Кондуктор был приспособлен для сбора электрических зарядов. После создания лейденской банки кондуктор стал использоваться для передачи зарядов от ЭСМ банке.

1745 г. Значительный вклад в развитие знаний об атмосферном электричестве сделан М.В.Ломоносовым и Г.В.Рихманом, которые создали первую отечественную электротехническую лабораторию, где изготовили первый электрический измерительный прибор– электрический указатель, способный измерять "большую или меньшую степень электричества". Прибор состоял из деревянной пластины с делениями, около которой вертикально укреплялась металлическая линейка, соединенная с прутом. К верхнему концу линейки прикреплялась нить длиной60 см. Уровень электрического тока определялся по углу отклонения нити от электризованной линейки. Электрический указатель они использовали при измерении показателей атмосферного электричества в громовой машине. Машина представляла собой вертикальный металлический прут длиною примерно1.8 м, пропущенный из комнаты наружу через бутылку. Нижний конец прута проволокой соединялся непосредственно с прибором – электрометром.

Голландский физик Лейденского университета Питер ван Мушенбрук и немецкий прелат Эвальд фон Клейст независимо друг от друга изобрели первый электрический конденсатор– "лейденскую банку». "…Стеклянная банка, частично заполненная водой и закрытая пробкой. Металлический штырь с подсоединенным к нему проводом погружается в воду. Провод через пробку выводится наружу. Когда провод подсоединяется к устройству, производящему статическое электричество, то банка сохраняет это электричество так, что его можно использовать в дальнейшем". В 1746 г. поя-

вились различные модификации лейденской банки с обкладками из фольги,

металлических опилок и т.д. Банка позволяла накапливать достаточно большие электрические заряды.

1746 г. Б.Вильсон установил закономерность, что количество электричества, собираемое лейденской банкой, пропорционально размерам пластин, помещенных в банку, и обратно пропорционально толщине изоляции между ними.

Рис.2. Лейденская банка

Проведены первые опыты по определению дальности и скорости действия электрического тока. Один из таких опытов проводил парижский врач Луи-Гильом Лемонье. В правой руке Лемонье держал заряженный лейденский сосуд. Выводом внутренней обкладки он мог касаться провода длиной в 1800 м. В левой руке Лемонье держал провод такой же длины, проложенный параллельно первому. Другие концы обоих проводов держал в руках ассистент. Лемонье прикасался выводом внутренней обкладки к первому проводу, при этом оба экспериментатора испытывали электрический удар. Ассистент должен был определить промежуток времени между моментом образо-

вания искры при замыкании цепи и моментом ощущения электрического удара. Лемонье и его ассистент менялись местами. В результате был сделан вывод, что электричество распространяется со скоростью, по крайней мере в 30 раз превышающей скорость звука. При этом Лемонье высказал предположение о непостоянстве скорости распространения электричества.

1747 г. Ж.Холле изобрел для определения наличия электрического заряда прибор, названный электроскопом.

Классический электроскоп содержит металлический стержень, к верхнему концу которого прикреплен металлический шарик(пластинка), а к нижнему – лепестки (стрелка). При наличии зарядов лепестки или стрелка отклонятся на некоторый угол по отношению к стержню.

1749 г. Американский учёный Бенджамин Франклин (автор декларации о независимости США) доказал, что молния имеет электрическую природу. Для сбора атмосферного электричества с целью заряда лейденской банки он

использовал воздушный змей с прикрепленным в верхней части металлическим прутом. На основе своих опытов предложил молниеотвод.

1750 г. Б.Франклин дал первое объяснение принципа действия лейденской банки, изготовил плоский воздушный конденсатор. Предложил разделить электричество на виды в зависимости от его воздействия на материалы (притяжение и отталкивание). Обнаружил влияние электрического разряда на намагничивание железа.

Рис.3. Электроскоп

1753 г. Сделано первое достоверно известное предложение использовать электричество (статическое) для передачи сообщений. Некий автор "С. М." предлагал провести между двумя пунктами параллельные провода с использованием изоляторов из стекла (или другого подходящего материала) на опорах, установленных через определенные промежутки. Проводов должно быть столько, сколько букв в алфавите. Передача каждой буквы должна осуществляться путем приведения в соприкосновение кондуктора электризационной машины и соответствующего провода. На приемном пункте, согласно предложению, следовало подвесить шары, к которым должны были притягиваться листки из бумаги и т. п. с нанесенными на них буквами "С. М.".

Дж.Беккариа показал, что электрический заряд в проводнике распределяется по его поверхности.

1759 г. Петербургский академик Франц Этинус впервые высказал мысль о связи электрических и магнитных явлений. Изготовил воздушный конденсатор. Он доказал, что "степень электричества", накапливаемого лейденской банкой, определяется площадью поверхности обкладок(S) и расстоянием между ними (d):