Audion - Audion

Pro další použití viz Audion (disambiguation).
Triode Audion z roku 1908. Vlákno (které bylo také katodou) by bylo vlevo dole uvnitř trubice, ale vlákno vyhořelo a již není přítomno. Viditelné jsou spojovací a podpůrné vodiče vlákna. Deska je uprostřed nahoře a mřížka je hadovitá elektroda pod ní. Spojení desky a mřížky opouštějí trubici vpravo.

The Audion byla elektronická detekce nebo zesílení elektronka[1] vynalezl americký elektrotechnik Lee de Forest v roce 1906.[2][3][4] Bylo to první trioda,[1][5][6][7][8] skládající se z evakuované skleněné trubice obsahující tři elektrody: vyhřívaný vlákno, a mřížka a talíř.[4] Je to důležité v historie technologie protože to bylo první široce používané elektronické zařízení, které mohlo zesilovat; malý elektrický signál aplikovaný na mřížku mohl řídit větší proud tekoucí z vlákna na desku.[4][5]

Původní trioda Audion měla víc zbytkový plyn v trubici než novější verze a vakuové trubky; extra zbytkový plyn omezoval dynamický rozsah a dával Audionu nelineární charakteristiky a nepravidelný výkon.[1][7] Původně vyvinut jako rozhlasový přijímač detektor[3] přidáním mřížkové elektrody k Flemingův ventil, našel malé využití, dokud jeho zesilovací schopnost nebyla rozpoznána kolem roku 1912 několika výzkumníky,[7][9] kdo to použil k sestavení prvního zesilovače rádiové přijímače a elektronické oscilátory.[8][10] Mnoho praktických aplikací pro zesílení motivovalo jeho rychlý vývoj a původní Audion byl během několika let nahrazen vylepšenými verzemi s vyšším vakuem.[7][9]

Dějiny

Jeden z prvních rádiových přijímačů Audion, zkonstruovaný De Forestem v roce 1914. Audion trubice byly namontovány vzhůru nohama, s jemným vláknem visícím dolů, aby se zabránilo jeho prověšení a dotyku s mřížkou. Jednalo se o detektor (usměrňovač) a dvoustupňový audio zesilovač jednotka; rádiový signál pocházel ze samostatné jednotky „tuneru“.

Od poloviny 19. století se vědělo, že plameny jsou elektricky vodivý a dřívější bezdrátoví experimentátoři si všimli, že tato vodivost byla ovlivněna přítomností rádiové vlny. De Forest zjistil, že plyn je částečně vakuum ohřívané konvenčním vláknem žárovky se chovalo podobně, a že pokud by byl kolem skleněného pouzdra ovinut vodič, zařízení by mohlo sloužit jako detektor rádiových signálů. V jeho původním designu byla do pouzdra lampy zapečetěna malá kovová deska, která byla připojena ke kladnému pólu 22voltové baterie pomocí sluchátek, záporný pól byl připojen k jedné straně vlákna žárovky. Když byly bezdrátové signály přivedeny na vodič omotaný kolem vnější strany skla, způsobily poruchy proudu, které vytvářely zvuky ve sluchátkách.

Jednalo se o významný vývoj, protože existující komerční bezdrátové systémy byly silně chráněny patenty; nový typ detektoru by umožnil De Forest prodat svůj vlastní systém. Nakonec zjistil, že připojení anténního obvodu ke třetí elektrodě umístěné přímo v dráze proudu výrazně zlepšilo citlivost; v jeho nejranějších verzích to byl prostě kus drátu ohnutý do tvaru a rošt (tedy „mřížka“).

Audion poskytl energetický zisk; u ostatních detektorů musela veškerá energie pro provoz sluchátek pocházet ze samotného anténního obvodu. V důsledku toho byly slabé vysílače slyšet na větší vzdálenosti.

Patenty a spory

De Forest a všichni ostatní v té době velmi podcenili potenciál svého původního zařízení a představovali si, že je omezen na převážně vojenské aplikace. Je příznačné, že zjevně nikdy neviděl jeho potenciál jako telefonní zesilovač, i když surový elektromechanický lupy na poznámky byl po nejméně dvě desetiletí zhoubou telefonního průmyslu. (Je ironií, že v letech patentových sporů vedoucích k první světové válce to byla jen tato „mezera“, která vůbec umožnila výrobu vakuových triod, protože žádný z patentů společnosti De Forest tuto aplikaci výslovně nezmínil).

(vlevo, odjet) První prototyp Audionu s mřížkou (klikatými dráty) mezi vláknem a deskou.[11] (že jo) Pozdější návrh zvukové trubice. Mřížka a deska jsou ze dvou částí na obou stranách centrálního vlákna. V obou těchto trubkách je vlákno spáleno.

De Forestovi byl 13. listopadu 1906 udělen patent na jeho ranou dvouelektrodovou verzi Audionu (US patent 841 386 ) a verze „trioda“ (tři elektrody) byla patentována v roce 1908 (US patent 879 532 ). De Forest nadále tvrdil, že Audion vyvinul nezávisle na sobě John Ambrose Fleming dřívější výzkum o termionický ventil (za což Fleming obdržel patent Velké Británie 24850 a americký Flemingův ventil patent Americký patent 803 684 ) a De Forest se zapletl do mnoha sporů týkajících se rádiových patentů. De Forest byl známý tím, že říkal, že „nevěděl, proč to funguje, prostě ano“.[Citace je zapotřebí ]

Vždy označoval vakuové triody vyvinuté jinými vědci jako „Oscillaudions“, i když neexistují důkazy o tom, že by měl na jejich vývoji nějaký významný vklad. Je pravda, že po vynálezu skutečné vakuové triody v roce 1913 (viz níže) společnost De Forest pokračovala ve výrobě různých typů rádiových vysílacích a přijímacích zařízení (příklady jsou uvedeny na této stránce). Přestože tato zařízení rutinně popsal jako zařízení používající „Audions“, ve skutečnosti používal vysokovakuové triody, přičemž obvody byly velmi podobné obvodům vyvinutým jinými experimentátory.

V roce 1914 Columbia University student Edwin Howard Armstrong pracoval s profesorem John Harold Morecroft dokumentovat elektrické principy Audionu. Armstrong zveřejnil své vysvětlení Audionu v Elektrický svět v prosinci 1914 spolu s obvodovými diagramy a grafy osciloskopu.[12] V březnu a dubnu 1915 Armstrong promluvil s Institute of Radio Engineers v New Yorku a Bostonu, kde představil svůj příspěvek „Some Last Developments in the Audion Receiver“, který byl zveřejněn v září.[10] Kombinace těchto dvou článků byla přetištěna v jiných časopisech, jako je Annals of the New York Academy of Sciences.[12] Když se Armstrong a De Forest později setkali proti sobě ve sporu o regenerace patent, Armstrong dokázal přesvědčivě prokázat, že De Forest stále neměl tušení, jak to funguje.[7][13]

Problém spočíval v tom, že (možná kvůli distancování jeho vynálezu od Flemingova ventilu) De Forestovy původní patenty upřesňovaly, že nízkotlaký plyn uvnitř Audionu je pro jeho provoz nezbytný (Audion je kontrakcí „Audio-Ion“), a ve skutečnosti brzy Audity měly závažné problémy se spolehlivostí kvůli tomu, že tento plyn byl adsorbován kovovými elektrodami. Audions někdy fungovaly velmi dobře; jindy sotva vůbec pracovali.

Stejně jako sám De Forest se mnoho vědců pokusilo najít způsoby, jak zlepšit spolehlivost zařízení stabilizací částečného vakua. Hodně z výzkumu, který vedl k vývoji skutečných elektronek, provedla společnost Irving Langmuir v General Electric (GE) výzkumné laboratoře.

Kenotron a Pliotron

Z nich se vyvinuly audions a rané triody, 1918.
Spodní řádek (D): De Forest Audions
Třetí řádek (C): Pliotrony, vyvinuté v General Electric od Langmuira
Druhá řada (B): triody vyvinuté v Western Electric který koupil práva od De Forest v roce 1913. Ty byly použity v telefonu opakovače což umožnilo první transkontinentální telefonní linku v roce 1915.
Horní řádek (A): Francouzské triody. Francouzská vláda získala právo na výrobu Audions v roce 1912, kdy De Forest neobnovil své francouzské patenty pro nedostatek 125 $.
General Electric Company Pliotron

Langmuir dlouho tušil, že určitá předpokládaná omezení výkonu různých nízkotlakých a vakuových elektrických zařízení nemusí být vůbec základními fyzickými omezeními, ale jednoduše kvůli kontaminaci a nečistotám ve výrobním procesu.

Jeho prvním úspěchem bylo prokázat, že na rozdíl od toho, co Edison a další již dlouho tvrdili, žárovky mohly fungovat efektivněji a s delší životností, kdyby byla skleněná obálka naplněna spíše nízkotlakým inertním plynem než úplným vakuem. Toto však fungovalo pouze v případě, že použitý plyn byl pečlivě „očištěn“ od všech stop kyslíku a vodní páry. Poté použil stejný přístup k výrobě usměrňovače pro nově vyvinuté rentgenové trubice „Coolidge“. Opačně v rozporu s tím, co mělo široce se věřilo, že je to možné, díky pečlivé čistotě a pozornosti k detailům dokázal vyrobit verze Flemingovy diody, které by mohly napravit stovky tisíc voltů. Jeho usměrňovače se z řečtiny nazývaly „Kenotrons“ keno (prázdný, neobsahuje nic, jako ve vakuu) a tron (zařízení, nástroj).

Poté obrátil svou pozornost na Audionovu trubici a znovu měl podezření, že její notoricky nepředvídatelné chování může být zkroceno s větší opatrností ve výrobním procesu.

Použil však poněkud neortodoxní přístup. Místo toho, aby se pokusil stabilizovat částečné vakuum, přemýšlel, jestli je možné provést funkci Audion s celkovým vakuem Kenotronu, protože to bylo o něco snazší stabilizovat.

Brzy si uvědomil, že jeho „vakuový“ Audion měl výrazně odlišné vlastnosti od verze De Forest a byl to opravdu úplně jiné zařízení, schopné lineárního zesílení a na mnohem vyšších frekvencích. Aby odlišil své zařízení od Audionu, nazval jej „Pliotron“, z řečtiny plio (více či více, v tomto smyslu smyslu získat, více signálu vychází, než vstoupilo).

V podstatě všechny své konstrukce vakuových trubic označoval jako Kenotrons, přičemž Pliotron byl v zásadě specializovaným typem Kenotronu. Protože však Pliotron a Kenotron byly registrované ochranné známky, techničtí autoři měli tendenci používat obecnější výraz „vakuová trubice“. V polovině 20. let 20. století se termín „Kenotron“ začal vztahovat výhradně na vakuové trubicové usměrňovače, zatímco termín „Pliotron“ se přestal používat. Je ironií, že v populárním zvyku přežily podobné značky „Radiotron“ a „Ken-Rad“ původní názvy.

Aplikace a použití

První rozhlasový vysílač Audion AM, který postavil Lee De Forest a byl oznámen v dubnu 1914
Některé z prvních rádiových vysílačů Audion AM, které postavil De Forest kolem roku 1916. Vynález oscilátoru Audion v roce 1912 umožnil levný zvukový rádiový přenos a byl zodpovědný za příchod rozhlasové vysílání kolem roku 1920.
Audionahrávka, Elektrický experimentátor časopis, 1916

Společnost De Forest pokračovala ve výrobě a dodávkách audionů pro americké námořnictvo až do počátku 20. let 20. století kvůli údržbě stávajícího vybavení, ale jinde byly do té doby považovány za také a skutečně zastaralé. Bylo to vakuum trioda díky čemuž se praktické rozhlasové vysílání stalo skutečností.

Před zavedením Audionu používaly rádiové přijímače různé detektory počítaje v to koherery, barretters, a detektory krystalů. Nejoblíbenější detektor krystalů sestával z malého kousku galenit krystal sondovaný jemným drátem běžně označovaným jako „detektor kočičích vousů ". Byli velmi nespolehliví, vyžadovali časté přizpůsobování kočičího vousu a nenabízeli žádné zesílení. Takové systémy obvykle vyžadovaly, aby uživatel poslouchal signál přes sluchátka, někdy při velmi nízké hlasitosti, protože jedinou dostupnou energií pro provoz sluchátek byla ta, že pro komunikaci na velké vzdálenosti byly obvykle zapotřebí velké antény a do vysílače muselo být přiváděno obrovské množství elektrické energie.

Audion byl v tomto ohledu značným zlepšením, ale původní zařízení nemohla poskytnout žádné následné zesílení toho, co bylo vyrobeno v procesu detekce signálu. Pozdější vakuové triody umožňovaly zesílení signálu na libovolnou požadovanou úroveň, obvykle přiváděním zesíleného výstupu jedné triody do mřížky další, případně poskytující více než dostatečný výkon pro pohon reproduktoru plné velikosti. Kromě toho byli schopni zesílit příchozí rádiové signály před procesem detekce, což umožnilo mnohem efektivnější práci.

Mohly by být také použity vakuové trubice, aby byly lepší rádiové vysílače. Kombinace mnohem efektivnějších vysílačů a mnohem citlivějších přijímačů způsobila během roku revoluci v rádiové komunikaci první světová válka.

Koncem dvacátých let se taková „elektronková rádia“ začala stávat součástí většiny západní svět domácnostmi a zůstal jím až dlouho po zavedení tranzistor rádia v polovině 50. let.

V moderní elektronika, elektronka byl do značné míry nahrazen pevné skupenství zařízení, jako je tranzistor, vynalezený v roce 1947 a implementovaný v integrované obvody v roce 1959, ačkoli elektronky zůstávají dodnes v takových aplikacích, jako jsou vysoce výkonné vysílače, kytarové zesilovače a některá vysoce věrná zvuková zařízení.

Reference

  1. ^ A b C Okamura, Sgogo (1994). Historie elektronových trubek. IOS Press. str. 17–22. ISBN  9051991452.
  2. ^ De Forest patentoval řadu variací svých detektorových trubic počínaje rokem 1906. Patent, který nejjasněji pokrývá Audion, je US patent 879 532 , Vesmírná telegrafie, podaná 29. ledna 1907, vydaná 18. února 1908
  3. ^ A b De Forest, Lee (leden 1906). „Audion; nový přijímač pro bezdrátovou telegrafii“. Trans. AIEE. Americký institut elektrických a elektronických inženýrů. 25: 735–763. doi:10,1109 / t-aiee.1906.4764762. Citováno 7. ledna 2013. Odkaz je na dotisk papíru v Scientific American Supplement, No. 1665, 30. listopadu 1907, str. 348-350, zkopírováno na Thomas H. White Raná historie rádia ve Spojených státech webová stránka
  4. ^ A b C Godfrey, Donald G. (1998). "Audion". Historický slovník amerického rozhlasu. Greenwood Publishing Group. p. 28. ISBN  9780313296369. Citováno 7. ledna 2013.
  5. ^ A b Amos, S. W. (2002). "Trioda". Newnes Dictionary of Electronics, 4. vyd. Noví. p. 331. ISBN  9780080524054. Citováno 7. ledna 2013.
  6. ^ Hijiya, James A. (1992). Lee de Forest. Lehigh University Press. p. 77. ISBN  0934223238.
  7. ^ A b C d E Lee, Thomas H. (2004). Planární mikrovlnná technika: Praktický průvodce teorií, měřením a obvody. Cambridge University Press. s. 13–14. ISBN  0521835267.
  8. ^ A b Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Encyclopedia of 20th-Century Technology, Vol. 2. Taylor & Francis. p. 643. ISBN  1579584640.
  9. ^ A b Nebeker, Frederik (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914-1945. John Wiley & Sons. str. 14–15. ISBN  978-0470409749.
  10. ^ A b Armstrong, E. H. (Září 1915). „Některý nedávný vývoj v přijímači audionů“. Sborník IRE. 3 (9): 215–247. doi:10.1109 / jrproc.1915.216677. S2CID  2116636.. Publikováno jako Armstrong, E. H. (Duben 1997). „Některý nedávný vývoj v přijímači audionů“ (PDF). Sborník IEEE. 85 (4): 685–697. doi:10.1109 / jproc.1997.573757.
  11. ^ De Forest, Lee (květen 1930). „Vývoj vakuové trubice“ (PDF). Rozhlasové zprávy. Publikace experimentátora. 9 (11): 990. Citováno 3. srpna 2014.
  12. ^ A b Armstrong, E. H. (12. prosince 1914). „Provozní vlastnosti audionu“. Elektrický svět. 64 (24): 1149–1152.
  13. ^ McNicol, Donald Monroe (1946). Rádiové dobytí vesmíru, experimentální vzestup v rádiové komunikaci. Taylor & Francis. str. 178–184.

Další čtení

1973 poštovní známka na počest De Forestova konkurzu

externí odkazy