История отрасли пособие

дом, могла использоваться как выпрямитель переменных токов не только промышленной, но и высокой частоты.

В.Гальфакс открыл эффект потери заряда при облучении ульрафиолетовым светом ранее заряженной цинковой пластиной.

Русский ученый А.Г. Столетов на основании своих опытов определил природу и характер влияния света на внешний фотоэффект, установил зависимость фототока от величины напряжения батареи и интенсивности светового облучения. Дальнейшие его работы привели к созданию фотоэлемента - электронного прибора, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется электрический ток. Прибор представляет собой стеклянный баллон с откаченным воздухом с кварцевым окном для пропускания ультрафиолетовых лучей, внутри которого помещаются анод и фотокатод, при облучении которого светом вызывается фотоэлектронная эмиссия с его поверхности.

1891 г. Ирландский физик Д.Стоней предложил для частицы, несущей элементарный заряд отрицательного электричества1.6*10 –19 Кл, наимено-

вание – электрон.

1894 г. Австрийский ученый И.Гиттер доказал возможность управления проходящим через диод током за счет изменения напряжения между анодом и катодом. Зависимость выходного (анодного) тока от величины напряжения между анодом и катодом Ia = φ(Uак) называется выходной вольтамперной характеристикой электронного прибора. Выходные характеристики сегодня используются для графоаналитического анализа работы или расчета электронных схем

1898 г. Э.Виккерт ввел в электронно-лучевую трубку радиальную электромагнитную катушку, предназначенную для фокусировки луча.

1901 г. Купер-Хьит изготовил диод - ртутный вентиль.

1902 г. В.Петровский дополнил трубку еще двумя взаимно перпендикулярными пластинами для отклонения луча в вертикальной плоскости.

1904 г. Английский ученый Дж.Э.Флеминг изобрел вакуумный диод (двухэлектродную лампу), названный им "пустотным клапаном", - выпрямитель переменного электрического тока и применил его в качестве детектора в радиотелеграфных приемниках. Диод представлял собой стеклянный баллон с впаянной в него нитью накаливания, окруженной металлическим цилиндром. Цилиндр был назван анодом, нить накала - катодом.

Для эксперимента Флеминг собрал колебательный контур с двумя лейденскими банками в деревянном корпусе и с индукционной катушкой. Затем

другую схему, которая включала электронную лампу и гальванометр. Обе схемы были настроены на одинаковую частоту.

Флеминг так описал свой эксперимент: "Было приблизительно 5 часов вечера, когда аппарат был закончен. Мне, конечно, очень хотелось проверить его в действии. В лаборатории мы установили две эти схемы на некотором расстоянии друг от друга, и я запустил колебания в основной цепи. К моему восхищению я увидел, что стрелка гальванометра показала стабильный постоянный ток. Я понял, что мы получили в этом специфическом виде электрической лампы решение проблемы выпрямления высокочастотных токов. "Недостающая деталь" в радио была найдена и это была электрическая лампа! Я сразу понял, что металлическая пластина должна быть заменена металлическим цилиндром, закрывающим всю нить, чтобы "собрать" все испускаемые электроны.

Рис.20. Лампа Флеминга

У меня в наличии имелось множество угольных ламп накаливания с металлическими цилиндрами, и я начал использовать их в качестве высокочастотных выпрямителей для радиотелеграфной связи. Этот прибор я назвал колебательной лампой. Ей было сразу же найдено применение. Гальванометр заменили обычным телефоном. Замена, которая могла быть сделана в то время с учетом развития технологии, когда повсеместно использовались искровые системы связи. В таком виде моя лампа широко использовалась компанией Маркони в качестве датчика волн. 16 ноября 1904 г. я подал заявку на патент в Великобритании".

1905 г. Американский ученый Хелл создал газотрон (газ и элек)трон)- двухэлектродный газонаполненный под давлением 0,1-0,25 мм рт. ст. прибора, в котором электронный поток ионизирует газовую среду, образуя в ней неуправляемый электрический разряд - плазму, обладающей высокой электропроводностью.

Газотроны применялись главным образом в высоковольтных выпрямителях переменного электрического тока радиопередатчиков.

Рис. 21. Устройство газотрона

1906 г. Американский конструктор Ли де Форест создал трех электродную вакуумную лампу - триод, названную автором "аудионом", поскольку в дальнейшем выяснилось, что ее можно было использовать не только в качестве детектора, но и как усилитель слабых электрических колебаний. Так как единой терминологии в то время не было, то наряду с аудионом лампу называли "вакуумной трубкой", в России - "катодным реле", но прижилось короткое слово "триод".

Рис.22. Аудион де Фореста, 1906 г.

К своему аудиону Ли де Форест пришел через открытие явления, сходного с эффектом Эдисона. Он обнаружил, что раскаленное тело может работать как детектор даже в отсутствии вакуума. В опыте де Фореста два электрода соединялись таким образом: один - с антенной, другой - с землей, параллельно им присоединялась батарея и телефон. Электроды (позднее - один из них) нагревались пламенем горелки, и наблюдалось интересное явление. При отсутствии сигнала в антенне в цепи телефона протекал слабый ток, так как пламя горелки делало промежуток между электродами проводящим. Но как только в антенне возникали колебания, ток через телефон заметно менялся, электроды работали как вентиль. Для управления током был введен между двумя электродами третий. В результате получился триод, патент на кото-

рый был выдан Ли де Форесту в1908 г. Поместив электроды в вакуумный баллон, Ли де Форест назвал третий электрод сеткой.

Рис. 23. Обозначение одинарного и двойного триодов

При работе с лампой Форрест заметил, что слабые изменения напряжения на сетке приводят к заметному изменению тока лампы, т.е. она обладала эффектом усиления управляющего сигнала.

Аудионы Ли де Фореста имели низкий коэффициент усиления, так как управляющий электрод, выполненный в виде отдельной пластины, слабо влиял на анодный ток. Также они потребляли от источника питания много энергии, так как для обеспечения термоэлектронной эмиссиитребовалась температура нагрева катода около 2500о С.

Г.Паккард (Англия) создал детектор (от лат. detego - открываю, обнаруживаю) на основе металлоокисла с кристаллом кремния. В настоящее время под детектором понимается устройство, предназначенное для выделения из полного сигнала той его части, которая содержит информацию.

1908 г. Начало производства ионных приборов, в которых используется эффект прохождения электрического тока через газ.

1910 г. Роберт Либен (Германия) создал ртутный триод, который имел катод, выполненный из платиновой ленты длиной1 метр, закрепленной на стеклянной ножке. Сетка имела вид перфорированного алюминиевого диска, делившего лампу пополам. В верхней части лампы находился анод в форме толстой короткой спирали. В баллоне находились разреженные пары ртути.

1911 г. Американский физик У.Д.Кулидж изготовил оксидный катод на основе вольфрамовой проволоки, покрытой окисью тория. Применение оксидного катода позволило снизить температуру катода 2500с о до 450о и соответственно уровень энергии, потребляемой нитью накала.

1913 г. Английский инженер Г.Раунд ввел усовершенствования в триод. Анод он исполнил в виде цилиндра, а катод окружил спиралью, исполняющей роль управляющего электрода.

И.Ленгмюр произвел эксперимент по введению дополнительной сетки

между управляющей сеткой и анодом. В дальнейшем эта сетка стала называться "экранирующей". Ее введение позволило резко уменьшить емкость между анодом и управляющей сеткой, что исключало опасность проникновения усиленного напряжения из цепи анода обратно в цепь сетки и давало устойчивое усиление колебаний высокой частоты. Лампы с экранирующими сетками называют экранированными, или тетродами (по числу электродов "тетра", по-гречески - четыре).

1914 г. Н.Д.Папалекси разработал триод с оксидным катодом, представлявшим собой керамическую трубку с нанесенным на нее окислами щелочных металлов и помещенной внутрь ее нитью накала. Применение такого катода позволило снизить температуру до 600оС и соответственно уменьшить потребление электроэнергии.

Н.Д.Папалекси изготовил первые российские генераторные лампы с оксидным катодом прямого накала для радиотелефонного передатчика.

И. Кенигсбергер определил полупроводники как класс вещества. Американский физик Ирвин Ленгмюр обнаружил, что добавление к

вольфраму окиси тория позволяет понизить необходимую температуру катода для осуществления термоэлектронной эмиссии.

Профессор А.А.Чернышев предложил в электронных лампах использовать в качестве катода отдельный электрод, выполненный в виде трубки из изолированного материала, поверхность которого покрыта окислами металлов. Внутрь трубки помещалась нить накала для разогрева. Такой катод был назван подогреваемым катодом. Это нововведение позволило питать нити накала переменным током.

1915-16 г.г. Начало производства мощных ламп для использования в радиопередатчиках. С ростом мощностей ламп возникла задача охлаждения их баллонов и электродов. Среди первых простейших ламп с принудительным охлаждением можно отметить триоды Ли де Фореста и Никольсона. В лампе Фореста анод был выполнен в виде металлического сосуда с вмонтированными внутри него электродами. Вводы проходили сквозь герметически закрытую пробку, а анод для охлаждения помещался в сосуд с водой. В лампе Никольсона также помимо воздушного охлаждения применялось водяное.

И.Ленгмюр сконструировал специальную двухэлектродную лампу для работы в выпрямителях источников питаниякенотрон и триод с высоким вакуумом, названный им "плиотроном".

Уолтер Шотки предложил проект 4-х электродной электронной лампы с двумя сетками - тетрода.

1916 г. На радиостанции в г. Твери собрана первая отечественная электронная лампа "Бабушка", с помощью которой радиолюбителям удавалось принимать удаленные радиостанции.

Инженер компании "Bell Labs" Эдвард Венте разработал действующий образец конденсаторного микрофона. Микрофон содержал статическую и подвижную пластинки с расстоянием 0.025 мм между ними. Подвижная пластинка выполняла роль диафрагмы, при колебании которой изменялась емкость между пластинами, что влияло на уровень напряжения в цепи.

1917 г. Американский учёный Э.Венте изобрел конденсаторный микрофон, в котором звуковые волны действуют на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние и, следовательно, электрическую ёмкость между мембраной и металлическим неподвижным корпусом.

1918 г. Создана Нижегородская радиолаборатория(НРЛ) под руководством военного инженера М.А.Бонч-Бруевича, ставшая первым в СССР на- учно-исследовательским и производственным центром в области радиотехники. В этом центре были разработаны лампы с внешним анодом и водяным охлаждением, принципиально отличные от зарубежных ламп.

Рис.24. Первые отечественные лампы

В результате исследовательской работы доктора Шретера немецкая фирма "Пинтш" выпустила первые промышленные лампы тлеющего разряда, рассчитанных на напряжение 220 В.

1919 г. В Нижегородской радиолаборатории созданы первые отечественные генераторные лампы, названные "пустотные реле" (ПР).

1920 г. М.Бонч-Бруевич разработал первую в мире генераторную лампу с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт.

Американский исследователь Ю.Лилиенфельд высказал идею создания полупроводникового прибора - усилителя электрических сигналов.

1921 г. Голландская фирма Philips разработала первые неоновые лампы тлеющего разряда, рассчитанных на напряжение 110 В.

В.П.Вологдин изготовил отечественный ртутный вентиль, предназначенный для работы в мощных выпрямительных устройствах.

Американский физик А.Халл ввел термин"магнетрон" (от греч. magnetis — магнит и электрон) - прибор, в котором движение электронов осуществляется в пространстве между коаксиальными цилиндрическими электродами в присутствии однородного магнитного поля. Магнетроны используются для генерации мощных СВЧ колебаний.

В 20-е гг. XX в. влияние магнитного поля на генерирование колебаний СВЧ исследовали физики Е.Хабан(1924, Германия), А.А.Слуцкин и Д.С.Штейнберг (1926-1929, СССР), К.Окабе и Х.Яги(1928-1929, Япония), И.Ранци (1929, Италия). История современных магнетронов начинается в 1936 – 1937 гг., когда сотрудники М.А.Бонч–Бруевича Н.Ф.Алексеев и Д.Е. Моляров разработали многорезонаторные магнетроны.

Рис. 25. Устройство магнетрона

1922 г. Сотрудник Нижегородской радиолаборатории О.В.Лосев создал полупроводниковый диод - "кристадин". Также, экспериментируя с выпрямляющим контактом, он обнаружил свечение полупроводника. Это свечение проявлялось на различных материалах, в разных электрических режимах. В 1926 г. при дальнейших опытах с карборундовым детектором Лосев обнаружил два вида свечения – зеленоватое и белое. Эффект свечения характеризовался безинерционностью, отсутствием выделения тепла. Таким образом О.Лосев открыл свойства сегодняшних оптоэлектронных приборов(светодиодов, индикаторов, оптронов).

Рис.26. Конструкция кристаллического детектора

Кристаллический детектор представлял собой систему, включающую чашечку с впаянным в нее каким-нибудь детектирующим кристаллом и подвижную контактную пружину с заостренным концом. При работе с таким детектором всегда приходилось находить на поверхности кристалла нужную чувствительную точку, что было весьма неудобным.

1923 г. В Нижегородской радиолабораторииразработана электронная лампа с торированным катодом, характеризующаяся резким снижением (порядка в 10 раз) потребления тока накала.

1924 г. Инженеры А.Жачек (Чехословакия) и Е.Хабанн (Германия) обнаружили и запатентовали способность магнетрона генерировать электромагнитные колебания волн дециметрового диапазона.

1925 г. Профессор Лейпцигского университета Юлиус Лилиенфельд запатентовал устройство для усиления электрических колебаний на основе полупроводниковой пленки - сульфиде меди.

С.Н.Ржевкин и А.И.Яковлев изготовили пьезоэлектрический микрофон, в котором звуковые волны воздействуют на пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, вызывая на её поверхности появление электрических зарядов

1926 г. Лилиенфельд предложил проект прибора, в котором проводимость тонкой области полупроводникового канала модулируется поступающим на управляющий электрод входным сигналом, что по сути являлось прообразом полевого транзистора.

В Германии компанией"Loewe" разработана комбинированная электронная лампа "Loewe 3NF". Лампа представляла собой комбинированное устройство, содержащее в одной колбе 3 триода, 4 резистора и 2 конденсатора. Впоследствии выпускались различные модификации комбинированных ламп, содержащих различные комбинации ламп, резисторов и конденсаторов.

1927 г. Д.Раунд изготовил четырехэлектродную лампу с двумя сетками - тетрод, которая обладала более высокими усилительными параметрами. Введение второй сетки позволило получить большой коэффициент усиления, доходящий до 500 - 600, что во много раз больше, чем у триода. Однако в ней проявился один существенный недостаток, названный динатронным эффектом. При определенном уровне анодного напряжения электронный поток, бомбардируя поверхность анода, выбивал из него вторичные электроны, которые препятствовали продвижению основного потока и тем самым уменьшали величину анодного тока.

1928 г. Э.Венте и А.Сорас запатентовали микрофон с подвижной -ка тушкой (динамический микрофон), обладающий небольшим, около 30 Ом,

сопротивлением катушки, что позволяло осуществлять передачу сигнала по длинному кабелю без заметных потерь качества. Первый микрофон (618A) был направленным. Более поздняя модель(630A) была всенаправленной и обеспечивала диапазон воспроизводимых частот 30–15 000 Гц.

1929 г. Г.Хольстом и Б.Теллегеном создана пятиэлектродная лампа- пентод (от греческого "пента" пять), в которой отсутствовал динатронный эффект. Исключение динатронного эффекта было достигнуто введением в

лампу еще одной сетки, соединенной с катодом. Заряд этой сетки возвращал вторичные электроны вновь на анод, сохраняя требуемый уровень анодного тока. Эта третья сетка получила название антидинатронной (защитной).

1930 г. Разработан проект тиратрона(от греч. thýra - дверь, вход и (элек)трон) – трехэлектродного газонаполненного прибора с накаливаемым либо холодным катодом, с сеточным управлением моментом возникновения (зажигания) несамостоятельного дугового либо тлеющего разряда.

Л.А.Кубецкий изобрел способ и прибор каскадного электронного усиления фототоков (фотоэлектронного умножителя). В основу работы фотоумножителя легли внешний фотоэффект и вторичная эмиссия электронов.

1931г. Ч.Уилсон на основе исследований подтверждающих, что в твердом теле дискретные энергетические уровни электронов отдельных атомов разделяются запрещенными зонами, разработал теоретическую модель полупроводника, ставшую основой "зонной теории полупроводников".

В.Зворыкин создал первый иконоскоп– передающую телевизионную трубку. Иконоскоп представляет собой электронно-лучевую трубку, в которой с помощью электронного луча и светочувствительной мозаики происходит преобразование световой энергии в электрические видеоимпульсы. Иконоскоп имеет стеклянный баллон, в котором находится светочувствительная мозаика (несколько миллионов изолированных друг от друга зерен серебра, покрытых цезием), фотокатод, коллектор и электронная пушка. При освещении мозаики через линзу светом, отраженным от передаваемого изображения, мозаика превращается в систему конденсаторов, заряд которых пропорционален освещенности соответствующих зерен. Свободные электроны, эмитируемые фотокатодом, собираются коллектором, на который подается положительное по отношению к сигнальной пластине напряжение. Электронный прожектор создает луч, который с помощью отклоняющей системы построчно обегает все зерна мозаики и снимает с них положительный заряд.

Недостатком иконоскопа является малый коэффициент полезного действия преобразования и низкая чувствительность, что требует большой освещенности передаваемого объекта.

Американские учёные Э.Венте и А.Террас изобрели электродинамический микрофон катушечного типа, в котором применили диафрагму из тон-

кой алюминиевой фольги, жестко связанной с катушкой из тонкой проволоки, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы.

1932 г. Появилась лампа - гексод ("гекса" греч.- шесть). Лампа имела шесть электродов, четыре из которых - сетки. Гексоды использовались как смесительные лампы в супергетеродинных приемниках. Добавление к гексоду еще одной сетки дало возможность получить преобразовательную лампу, у которой в одном баллоне помещались смеситель и гетеродин. Новая лампа получила название гептода ("гепта" греч.- семь). Гептоды выполнялись двух разновидностей в зависимости от расположения сеток. Первый вариант - первая от катода сетка относится к управляющей генераторной части, следующая за ней - анод генераторной части, третья сетка - экранирующая.

1933 г. Советский физик Ян Френкель ввел термин"дырка" для частицы, способной создавать ток в полупроводниках и несущей положительный заряд, равный заряду электрона.

Получен экспериментальный образец слитка кремния, у которого с одной стороны была проводимость "р"-типа, с другой – "n"-типа.

1935 г. Рассел Оль на основе кремниевого слитка изготовил образец, содержащий р-n переход. Впоследствии "p-n" переход стал основой и для дискретного транзистора, и для интегральной схемы

Немецкий изобретатель О.Хейл. в Англии получил патент на полевой (униполярный) транзистор.

Рис. 27. Схема полевого транзистора О.Хейла

1934–35 гг. Разработаны смесительные и частотно-преобразовательные лампы, появление которых потребовало развития специальных методов радиоприема. Появились также разнообразные комбинированные радиолампы (двойные диоды и триоды, триоды-пентоды и т.д.).