Audion

Az audion  egy elektronikus észlelő vagy erősítő vákuumcső [1] , amelyet Lee de Forest amerikai villamosmérnök talált fel 1906-ban [2] . Ez volt az első trióda [3] , amely egy kiürített üvegcsőből állt, amely három elektródát tartalmazott : egy fűtött izzószálat , egy rácsot és egy lemezt . Ez volt az első széles körben használt elektronikus eszköz, amely erősítéssel rendelkezik ; a rácsra juttatott kis elektromos jel képes szabályozni az izzószálból a lemez felé folyó nagy áramot.

Az eredeti audion trióda csövében több maradék gáz volt, mint a későbbi változatokban és a vákuumcsövekben ; a további maradék gáz korlátozta a dinamikatartományt, és nemlineáris karakterisztikát és változó hatásfokot adott az audionnak [4] . Eredetileg rádiódetektornak [5] fejlesztették ki, egy hálóelektródával egy Fleming-szelephez , de nem sok hasznát vették, mígnem 1912-ben több kutató felismerte erősítő erejét. Ezután az első rádióvevők és elektronikus generátorok létrehozásához használták [6] . Számos gyakorlati erősítési alkalmazás motiválta gyors fejlődését, és az eredeti audiont néhány éven belül felváltották a tisztább porszívóval felszerelt továbbfejlesztett változatok [7] .

Történelem

A 19. század közepétől ismert volt, hogy az égő gáz elektromos vezetőképességgel rendelkezik , és a korai vezeték nélküli kísérletezők észrevették, hogy ezt a vezetőképességet befolyásolja a rádióhullámok jelenléte . De Forest úgy találta, hogy egy közönséges izzólámpával felmelegített, részleges vákuumban lévő gáz nagyjából ugyanígy viselkedik, és ha egy huzalt egy üvegház köré tekernek, az eszköz rádiójel-érzékelőként szolgálhat. Eredeti kialakításában egy kis fémlemezt zártak a lámpatestbe, amelyet egy fejhallgatón keresztül egy 22 voltos akkumulátor pozitív pólusához kötöttek , a negatív pólus pedig a lámpa izzószálának egyik oldalára volt csatlakoztatva. Amikor vezeték nélküli jeleket vezettek az üveg külseje köré tekert vezetékre, zavarokat okoztak az áramban, ami hangokat keltett a fejhallgatóban.

Ez jelentős fejlemény volt, mivel a meglévő kereskedelmi vezeték nélküli rendszereket nagyrészt szabadalmak védték ; egy új típusú detektor lehetővé tenné a De Forest számára, hogy piacra dobja saját rendszerét. Végül úgy találta, hogy az antenna áramkörének egy harmadik elektródához való csatlakoztatása, amely közvetlenül az áramútban található, nagymértékben megnövelte az érzékenységet; korai változataiban csak egy rács alakúra hajlított drótdarab volt.

Az Audion biztosította a teljesítmény növekedését; más detektoroknál a fejhallgató működtetéséhez szükséges összes teljesítményt magából az antenna áramköréből kellett származnia. Következésképpen a gyenge adók nagy távolságból is hallhatók.

Szabadalmak és viták

De Forest és más mérnökök akkoriban nagymértékben alábecsülték eredeti eszközükben rejlő lehetőségeket, és azt hitték, hogy az főleg katonai alkalmazásokra korlátozódik. Figyelemre méltó, hogy láthatóan soha nem látta a benne rejlő lehetőségeket telefon-átjátszó-erősítőként , bár a nyers elektromechanikus erősítők már legalább két évtizede a telefonipar veszedelmei.

De Forest 1906. november 13-án kapott szabadalmat az Audion korai kételektródos változatára ( 841 386 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom ), a „trióda” (háromelektródás) változatot pedig 1908-ban szabadalmaztatták ( 879 532 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom ). De Forest tovább állította, hogy az audiot John Ambrose Fleming korábbi termionikus szelepekkel kapcsolatos kutatásaitól függetlenül fejlesztette ki (amelyre Fleming 24850-es brit és 803684-es amerikai szabadalmat kapott ), és De Forest számos rádióval kapcsolatos szabadalmi vitába keveredett. A más kutatók által kifejlesztett vákuumtriódákat mindig "oszcillaudiónak" nevezte, bár nincs bizonyíték arra, hogy jelentős mértékben hozzájárult volna a fejlődésükhöz. Igaz, a vákuumtrióda 1913-as feltalálása után a De Forest folytatta a különféle adó- és vevőkészülékek tervezését. Míg azonban általában úgy jellemezte ezeket az eszközöket, mint "hangokat", valójában nagyvákuumú triódákat használtak, a többi kísérletező által kifejlesztett áramkörhöz nagyon hasonló áramkört használva.

1914-ben a Columbia Egyetem hallgatója, Edwin Howard Armstrong John Harold Morecroft professzorral dolgozott együtt, hogy dokumentálják az audion elektromos elveit. Armstrong 1914 decemberében publikálta az audion magyarázatát, oszcilloszkóp áramkörökkel és grafikonokkal kiegészítve . 1915 márciusában és áprilisában Armstrong felszólalt a New York-i és bostoni rádiómérnöki intézetben , bemutatva "Some Recent Developments in the Field of Audio Receiver" című tanulmányát, amely szeptemberben jelent meg [8] . E két mű kombinációját más folyóiratokban újranyomták, például az Annals of the New York Academy of Sciences-ben [9] . Amikor Armstrong és De Forest később összefutott egy regeneratív rádióvevő szabadalma miatt , Armstrong meggyőzően azzal érvelt, hogy De Forest még mindig nem érti, hogyan működik [10] . A probléma az volt, hogy De Forest eredeti szabadalmai azt jelezték, hogy az audion belsejében lévő alacsony nyomású gázra volt szükség a működéséhez (az audio az "audio ion" rövidítése), és valójában a korai hanganyagoknak komoly megbízhatósági problémái voltak, mivel ezt a gázt fémelektródák adszorbeálták . Néha az audiohangok nagyon jól működtek, néha pedig alig.

Magához De Foresthez hasonlóan számos kutató próbált módot találni az eszköz megbízhatóságának növelésére a részleges vákuum stabilizálásával. A valódi vákuumcsövek létrehozásához vezető kutatások nagy részét Irving Langmuir végezte a General Electric (GE) kutatólaboratóriumában .

Kenotron és Pliotron

Langmuir már régóta gyanította, hogy a különféle alacsony nyomású és vákuum elektromos berendezések működésének némely állítólagos korlátozása egyáltalán nem alapvető fizikai korlát, hanem egyszerűen a gyártási folyamatban előforduló szennyeződések és szennyeződések miatt. Első sikere az volt, hogy bebizonyította, hogy az izzólámpák hatékonyabban és hosszabb ideig működhetnek, ha az üvegburát alacsony nyomású inert gázzal töltik meg, nem pedig teljes vákuummal. Ez azonban csak akkor működött, ha a használt gázt alaposan megtisztították minden oxigén- és vízgőznyomtól . A feltaláló ezután ugyanezt a megközelítést alkalmazta egy egyenirányító elkészítésekor az újonnan kifejlesztett Coolidge röntgencsövekhez . A közhiedelemmel ellentétben, amely szerint ez lehetséges, az aprólékos tisztaság és a részletekre való odafigyelés révén sikerült létrehoznia a Fleming - dióda olyan változatait, amelyek több százezer voltot egyenirányítanak. Egyenirányítóit "Kenotronnak" nevezték a görög keno (üres, semmit sem tartalmaz, mint a vákuumban) és tron ​​(eszköz) szóból. Ezután az eustachian csőre fordította a figyelmét , ismét arra gyanakodott, hogy annak hírhedt, kiszámíthatatlan viselkedése a gyártás során módosítható. A tudós azonban némileg unortodox megközelítést választott. Ahelyett, hogy megpróbálta volna stabilizálni a részleges vákuumot, azon töprengett, hogy az audiont a kenotron teljes vákuumával működőképessé lehetne-e tenni, mivel könnyebben stabilizálható.

Langmuir hamar rájött, hogy az ő "vákuum" audionja markánsan eltér a De Forest-féle verziótól, és valójában egy teljesen más eszköz, amely képes lineáris erősítésre és sokkal magasabb frekvenciákon. Hogy megkülönböztesse eszközét az audiontól, pliotronnak, a görög plio szóból nevezte el (több - ebben az értelemben erősítést jelent, több jel jön ki, mint amennyi bemegy). Lényegében az összes vákuumcsöves tervét kenotronnak nevezte, a pliotron alapvetően a kenotronok speciális típusa. Mivel azonban a pliotron és a kenotron bejegyzett védjegyek voltak, a műszaki írók általában az általánosabb "vákuumcső" kifejezést használták. Az 1920-as évek közepére a "kenotron" kifejezés kizárólag a vákuumcsöves egyenirányítókra kezdett utalni, míg a "pleotron" kifejezés használaton kívüli volt.

Alkalmazás a gyakorlatban

A De Forest az 1920-as évek elejéig folytatta az audionok gyártását és szállítását az amerikai haditengerészet számára a meglévő berendezések kiszolgálására, de máshol már valóban elavultnak számítottak. A vákuumtrióda tette valósággá a gyakorlati rádióadásokat. Az audion megjelenése előtt a rádióvevők különféle detektorokat használtak, beleértve a koheereket , a barrettereket és a kristálydetektorokat . A legnépszerűbb kristálydetektor egy kis galénakristálydarabból állt, amelyet vékony dróttal szondáztak meg, és amelyet általában "macskabajusz-detektornak" neveznek. Nagyon megbízhatatlanok voltak, gyakori bajuszbeállítást igényeltek, és nem nyújtottak nyereséget. Az ilyen rendszerek általában megkövetelték, hogy a felhasználó fejhallgatón keresztül hallgassa a jelet , néha nagyon alacsony hangerőn, mivel a fejhallgató működtetéséhez rendelkezésre álló energiát szinte az összes energiát elnyelte az antenna. A nagy távolságú kommunikációhoz általában hatalmas antennákra volt szükség, és hatalmas mennyiségű elektromos áramot tápláltak be az adóba.

Az Audion jelentős előrelépést jelentett ezekhez képest, de az eredeti eszközök nem tudták az észlelt jel utólagos erősítését biztosítani. A későbbi vákuumtriódák lehetővé tették a jel tetszőleges szintre történő felerősítését, rendszerint az egyik trióda erősített kimenetét betáplálva a következő hálózatába, végül több mint elegendő teljesítményt biztosítva egy teljes méretű hangszóró meghajtásához . Ezen túlmenően az észlelési folyamat előtt fel tudták erősíteni a bejövő rádiójeleket, ami sokkal hatékonyabbá tette azt.

A vákuumcsövekből kiváló rádióadókat is készítettek. A sokkal hatékonyabb adók és sokkal érzékenyebb vevők kombinációja forradalmasította a rádiókommunikációt az első világháború idején . Az 1920-as évek végére ezek a " csöves rádiók " a legtöbb háztartás szerves részévé váltak a nyugati világban , és sokáig megmaradtak a tranzisztoros rádiók 1950-es évek közepén történő bevezetése után is.

A modern elektronikában a vákuumcsövet nagyrészt felváltották a szilárdtest-eszközök , mint például az 1947-ben feltalált tranzisztor, amelyet 1959-ben integráltak áramkörökbe , bár a vákuumcsövek a mai napig használatosak olyan alkalmazásokban, mint a nagy teljesítményű adók, gitárerősítők, és még sok más, nagy hűségű audioberendezés.

Jegyzetek

1. ↑ Okamura, Sōgo (1994). Az elektroncsövek története archiválva 2021. április 20-án a Wayback Machine -nél . iOS Nyomja meg. pp. 17-22. ISBN 9051991452 .
2. ↑ Godfrey, Donald G. (1998). "Hang". Az amerikai rádió történelmi szótára . Greenwood Publishing Group. p. 28. ISBN 978-0-313-29636-9 .
3. ↑ Amos, SW (2002). Trióda. Newnes Dictionary of Electronics, 4. kiadás . newnes. p. 331. ISBN 978-0-08-052405-4 .
4. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Planar Microwave Engineering: Gyakorlati útmutató az elmélethez, méréshez és áramkörökhöz archiválva 2021. április 20-án a Wayback Machine -nél . Cambridge University Press. pp. 13-14. ISBN 0-521-83526-7 .
5. ↑ De Forest, Lee (1906. január). Az Audion; Új vevő vezeték nélküli távíráshoz , archiválva 2021. április 20-án a Wayback Machine -nél . Trans. AIEE . American Institute of Electrical and Electronic Engineers. 25 , 735-763.
6. ↑ Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Encyclopedia of 20th-Century Technology, Vol. 2 Archivált : 2021. július 27. a Wayback Machine -nél . Taylor és Francis. p. 643. ISBN 1-57958-464-0 .
7. ↑ Nebeker, Frederick (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914-1945 Archiválva 2021. június 23-án a Wayback Machine -nél . John Wiley & Sons. pp. 14-15. ISBN 978-0-470-40974-9 .
8. ↑ Armstrong, EH (1915. szeptember). "Néhány legújabb fejlesztés az audiovevőben" archiválva 2021. április 22-én a Wayback Machine -nél . Az IRE eljárása . 3 (9): 215-247.
9. ↑ Armstrong, EH (1914. december 12.). "Az Audioon működési jellemzői" . elektromos világ . 64 (24): 1149-1152.
10. ↑ McNicol, Donald Monroe (1946). A Radio's Conquest of Space the Experimental Rise in Radio Communication Archiválva 2021. április 22-én a Wayback Machine -nél . Taylor és Francis. pp. 178-184.

Szótárak és enciklopédiák	Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 1036508315