Фрэнсис Ролт-Уилер - Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию
Вы, вероятно, читали, что все вещества состоят из электронов, которые суть малые заряды электричества. Вы знаете, может быть, что электрический ток есть просто течение электронов. Вы несомненно знаете также, что есть два вида электричества: положительное и отрицательное, и что разноименные притягиваются, а одноименные отталкиваются.
Есть в электричестве один очень важный принцип, который необходимо усвоить, чтобы понять действие катодной лампы: металлы, нагреваясь, отбрасывают часть своих свободных электронов; чем больше они накалены, тем больше они рассеивают электронов.
Если вокруг накаленного металла, как вокруг нити в лампочке, есть воздух или другой газ, отброшенные электроны ударятся о молекулы газа и будут остановлены трением. Чтобы этого не было, из лампы выкачивают воздух. Для работы катодной лампы важно, чтобы ничто не мешало течению электронов. Чтобы вам было ясно, я объясню работу катодной лампы в ее трех стадиях.
Прежде всего, м-р Айртон, представьте себе, что нити соединены с батареей, как тут у меня, сетка же и цилиндр не соединены и находятся вне какой бы то ни было цепи. Что тогда произойдет?
Как только металлические нити накалятся, они выбросят отрицательные электроны. Эти электроны, разлетающиеся во все направления, ударятся о сетку и о цилиндр, которые станут отрицательными, так как они будут иметь избыток отрицательных электронов. Пустое пространство в трубке станет также отрицательным, потому что масса таких электронов будет носиться кругом.
Испускание электронов в вентиль Флеминга.
Одноименные отталкиваются, не забудьте. По мере того, как нити выбрасывают все больше отрицательных электронов, тройное отталкивание заряженных сетки, цилиндра и пространства возрастает, пока не станет настолько сильным, что нити больше не смогут отбрасывать электронов, будет достигнута точка равновесия. Лампа остается постоянной, дает свет и больше ничего.
Это первая стадия. Электрическое освещение работает в этом роде. Понятно вам, м-р Айртон? — Торн сделал грубый чертеж: вот это вам поможет понять.
— Я, кажется, понял, — сказал Айртон, — только вы очень быстро говорите.
— Постараюсь говорить медленнее. Мне и с Хюгом пришлось повозиться.
— Но если вы в общих чертах поняли, я расскажу вам о второй стадии.
Теперь представьте себе, что нити соединены с батареей как и прежде, но что и цилиндр и сетка соединены с положительным полюсом другой батареи, отрицательный полюс которой соединен с нитями. Это дает сетке и цилиндру положительный потенциал, и создает еще одну цепь, замкнутую всюду, кроме промежутка между нитями и цилиндром. Нити накаляются и отрицательные электроны отлетают, как и прежде, на этот раз с большей стремительностью, так как они притягиваются положительным цилиндром.
Течение электронов, или, что то же самое, электрический ток замыкают вторую цепь. Тогда батарея будет действовать, как насос, притягивая электроны от нити к цилиндру, от цилиндра к батарее, и из батареи к нитям, которые, накаляясь, снова их отбросят.
Это, как видите, создает постоянный ток кругом по цепи, через промежуток в лампе, всегда в одном и том же направлении, так как только отрицательные электроны отбрасываются нитями, а цилиндр постоянно соединен с положительным полюсом батареи. Заметьте это, это очень важно.
Лампа Флеминга, как детектор.
В этой стадии лампа может быть использована, как детектор в приемнике. Флеминг, изобревший ее, предназначал ее для этой цели, и даже в стадии двух электродов, когда вместо сетки и цилиндра был только один электрод, она является очень хорошим детектором. Если лампу с горящими нитями поместить в цепь с переменным током, через цепь цилиндра будет проходить только половина переменного тока, вследствие ее действия в одну сторону. Эта половина будет постоянным током. Если переменным током, входящим в лампу будут радиоволны, полученные в воздухе антенной, цепь цилиндра примет их в виде односторонних пульсирований лампа станет детектором, и если между цилиндром и батареей поместить какой-нибудь пишущий аппарат, эти пульсирования можно записать различными способами. Понятно, мистер Айртон?
— Стараюсь понять.
— Следующая стадия более сложная. Теперь представим себе, что нити по-прежнему соединены с батареей и цилиндр с положительным полюсом другой батареи — тоже по-прежнему. Но сетка соединена с третьей батареей, и составляет отдельную цепь. Будем считать эту батарею восстановительной и соединения с полюсом непостоянными, и на первый случай предположим, что сетка соединена с положительным полюсом третьей батареи. Тогда сетка получает положительный потенциал. Это увеличит притяжение электронов, но так как сетка имеет небольшую поверхность, большая часть электронов пройдет через нее к цилиндру.
Заметьте, м-р Айртон, что положительный потенциал сеток увеличит потенциал цилиндра. Заметьте также, что изменения энергии третьей батареи будут увеличивать или уменьшать силу течения к цилиндру. Затем представьте себе, что сетка соединена с отрицательным полюсом батареи. Тогда заряженная отрицательно сетка будет отталкивать отрицательные электроны. Если потенциал сетки слаб (что зависит от энергии батареи), он только уменьшит течение отрицательных электронов к положительному цилиндру; если же он силен, он преградит путь электронам и совершенно прекратит ток в цилиндре. Сетка расположена очень близко от цилиндра и самая незначительная разность потенциалов может оказать большое влияние на такую чувствительную вещь, как течение электронов. Такова третья стадия. Теперь посмотрим ее в действии.
На практике сетку не соединяют с третьей батареей, а включают с третьей цепью — с антенной, так, я при помощи лампы получил здесь первую телеграмму. Цилиндр соединен с положительным полюсом, между ним и батареей включен в цепь телефонных полюсов. Вот таким образом, — он стал показывать на приборе и Айртон кивал, как будто бы понимал в чем дело, хотя в действительности он едва мог следить за объяснениями. Хюг весь превратился в слух, так как, хотя Торн и раньше хорошо разъяснил ему этот вопрос, но он был далеко не уверен в себе.
— Понятно, что каждое изменение тока в цилиндре дает изменение в телефонном токе. Помните мои слова, что незначительная разность потенциала сетки дает большую разницу в течении электронов в цепи цилиндра. Таким образом, малейшее изменение в сетке действует на телефон.
Помните также, что сетка индуктивно соединена с антенной. Когда радиоволны большей частоты пронизывают антенну, они воспринимаются сеткой очень ясно, благодаря маленькому конденсатору, шунтированному большим сопротивлением, помещенному в сетке.
Теперь следите.
Радиоволны — переменный ток. Каждый ряд волн, проходя от антенны к сетке, уменьшает отрицательный потенциал сетки, увеличивая этим положительный ток цилиндра. Периоды покоя между рядами волн позволяют электронам сетки возвращаться назад, восстанавливая равновесие. Это дает одностороннее пульсирование цилиндра, а значит и телефона. Таким образом, самые слабые волны, прошедшие через громадные расстояния, могут быть приняты телефоном с помощью сетки меньше квадратного дюйма.
— Поразительно! — воскликнул Айртон.
— Это только начало. Еще важнее то, что та же лампа при почти таких же соединениях без конденсатора не только принимает волны, но и усиливает их.
Пользуясь сеткой как клапаном, или краном, чтобы не изменять проходящий через цилиндр ток, а прерывать и восстанавливать его, можно с помощью сетки оперировать сильной батареей в этой цепи. Так, слабая волна может быть усилена в сто раз. При помощи трансформатора усиленная волна может быть перенесена в другую усиливающую лампу и будет таким образом увеличена в десять тысяч раз. Я этого достиг и мне не надо больше усиливать, разве на очень большие расстояния. Чем меньше усиливать, тем лучше, так как усиливается не только чистая волна, а и мешающие токи и атмосферные разряды.
При не слишком большом усилении, при системе устранения нежелательных волн с хорошим детектором и еще дополнительным усилением по звуковой частоте можно достигнуть больших результатов.
Схема лампового приемника.
Для того, чтобы все это проделать, есть много разных приспособлений, но все виды усиления с помощью трехэлектродной лампы происходят по изобретению де-Фореста, как все детекторы с лампами от изобретения Флеминга.
Обоих их натолкнул на их изобретения Эдиссон, впервые обративший внимание на движение электронов в электрической лампочке, хотя он и понятия не имел о том, что оно собой представляет. Катодными лампами можно пользоваться еще иначе. Наиболее важно применение их для усиления при помощи регенерации. Оно открыто в 1912 году американцем Армстронгом и называется схемой Армстронга. Он заметил, что радиотоки могут быть усилены, когда цепь цилиндра настроена на приходящую волну. Это давало основание думать, что лампа имеет свойство излучения энергии. Армстронг использовал это свойство и придумал способ возвращать часть энергии из цепи цилиндра в цепь сетки, создав так называемую систему обратного действия. Эта система давала прекрасные результаты, когда воздушные пути были свободнее— в Соединенных Штатах больше миллиона радиостанций различных систем, — а теперь она совершенно оставлена, так как дает дополнительное излучение.
