Борис Фомин - Радиоэлектроника в нашей жизни
Обзор книги Борис Фомин - Радиоэлектроника в нашей жизни
Борис Фомин
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В НАШЕЙ ЖИЗНИ
ВВЕДЕНИЕ
Радио… Это короткое слово уже прочно вошло в нашу жизнь, в быт.
Прошло более 60 лет со дня изобретения радио. В течение всего этого периода радиотехника ни на минуту не останавливалась в своем развитии. Вначале она развивалась главным образом по пути совершенствования радио-телеграфирования — передачи телеграфных сигналов — знаков с помощью радиоволн. Позднее получило широкое применение радиотелефонирование и радиовещание — радиоволны стали переносить на огромные расстояния разговорную речь и музыку. Затем была осуществлена передача неподвижных и подвижных изображений. Наконец, с помощью радиоволн научились определять местоположение различных объектов — кораблей, самолетов и др., — удаленных от наблюдателя на сотни километров.
В последние десять лет развития радиотехники возникло большое число новых применений радио. Этот период, по словам видного советского радиоспециалиста академика А. И. Берга, является «началом эпохи радиоэлектроники, так как именно в эти годы началось широчайшее внедрение радиоэлектронных методов во все отрасли науки, техники и народного хозяйства».
Что такое радиоэлектроника? Что означает это слово?
Термин «радиоэлектроника» объединяет собой целую группу отдельных, ставших сейчас самостоятельными отраслей знаний. Они, эти отрасли, возникли и совершенствовались постепенно по мере развития радиотехники. «К радиоэлектронике относят радиосвязь во всех ее видах, радиовещание, телевидение, радиолокацию, гидролокацию, радионавигацию, инфракрасную технику, радиоастрономию, радиометеорологию, радиоспектроскопию, радиотелемеханику, промышленную электронику, электронные математические машины, электровакуумную технику, полупроводниковую технику и т. п.» («Большая Советская Энциклопедия», т. 35, стр. 578).
Возникновение такого числа применений радио — один из показателей огромного технического прогресса в современном обществе. Сейчас трудно найти такой уголок земного шара, где не знали бы, что такое радио, и не пользовались радиоэлектронными устройствами. Более того, в настоящее время радиоэлектроника определяет темпы развития большинства прикладных наук, позволяет по-новому решать труднейшие технические и научные проблемы.
Директивы XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1956–1960 гг. предусматривают еще большее внедрение радиоэлектроники в науку, технику и народное хозяйство нашей страны.
На основе радиоэлектронных методов за пятилетие будет осуществлена широкая механизация и автоматизация большого числа сложных производственных процессов. Значительно увеличится выпуск радиоприемников, телевизоров, радиоизмерительных приборов и радиоламп. В стране будет построено не менее 30 приборостроительных заводов, выпускающих радиоэлектронную аппаратуру. Начнут регулярные передачи не менее 75 новых телевизионных центров, будет введено в действие 10 тысяч километров радиорелейных линий.
Советские ученые и работники радиоэлектронной промышленности успешно выполняют этот замечательный план.
Выше было сказано о большом числе отраслей, составляющих радиоэлектронику. В небольшой брошюре невозможно подробно рассказать об особенностях развития и достижениях каждой отрасли. Поэтому мы вначале остановимся на общих для различных отраслей радиоэлектроники вопросах, покажем, по каким направлениям идет развитие современной радиоэлектроники, после чего расскажем о том, как достижения радиоэлектроники используются в нашей жизни.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Генераторы и приемники радиоволн
В 1873 г. знаменитый английский ученый Максвелл опубликовал «Трактат об электричестве и магнетизме», привлекший внимание ученых всех стран. Основываясь на физических опытах Фарадея, Томсона и других ученых, Максвелл математически доказал, что любой металлический проводник, по которому течет переменный ток, излучает в пространство электромагнитные волны. Эти волны распространяются со скоростью света (300 000 километров в секунду) и имеют ту же природу, что и свет. Для электромагнитных волн имеются «непрозрачные» тела — металлы, которые поглощают и отражают эти волны. Другие тела, например непроводники электрического тока, являются для них «прозрачными» и не создают почти никакого препятствия. Максвелл утверждал, что электромагнитные волны, представляющие собой совокупность взаимосвязанных электрических и магнитных сил, обладают определенной энергией.
Многие ученые недоверчиво встретили теорию Максвелла. Лишь спустя пятнадцать лет немецкий ученый Генрих Герц у себя в лаборатории сумел получить электромагнитные волны и обнаруживать их на расстоянии до 3 метров. Однако Герц не видел возможности использования электромагнитных волн для практических целей.
Замечательный русский ученый А. С. Попов 7 мая 1895 года продемонстрировал свой первый в мире радиоприемник и высказал надежду, что «прибор при дальнейшем усовершенствовании его может быть применен к передаче сигналов на расстояние при помощи быстрых электрических колебаний». Так оно и получилось: менее чем через год, 24 марта 1896 г., А. С. Поповым и его помощником П. И. Рыбкиным была установлена радиосвязь на расстоянии 250 метров и передана первая в мире радиограмма. Радио было поставлено на службу человеку.
С тех пор прошло шестьдесят лет. За это время ученые двинули далеко вперед науку об электромагнитных колебаниях. Они доказали, что не только радиоволны, но и видимый свет, тепловые и рентгеновские лучи — есть электромагнитные колебания, отличающиеся друг от друга только длиной волны и частотой. Среди электромагнитных колебаний наибольшую длину волны имеют радиоволны— от нескольких миллиметров до многих километров.
По мере развития радиотехники совершенствовались и методы получения, или генерирования, радиоволн. Если в первых генераторах радиоволны возникали благодаря проскакиванию электрической искры в шаровом разряднике, то позднее их стали получать с помощью десятков других, более совершенных устройств.
Коротко остановимся на устройстве современных генераторов радиоволн.
Основой любого радиогенератора служит так называемый колебательный контур, состоящий из двух главных частей: проволочной катушки индуктивности и конденсатора (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид и схема устройства колебательного контура.
Электрический конденсатор — это две металлические пластины, разделенные слоем изолятора: слюды, бумаги или просто воздуха. Прибор этот обладает замечательной способностью: он может запасать электрическую энергию — на его пластинах могут сосредоточиваться электрические заряды — на одной положительные, на другой отрицательные. Конденсаторы отличаются друг от друга своей емкостью — способностью вмещать в себя заряды. Чем больше площадь пластин и чем ближе они расположены друг к другу, тем больше емкость конденсатора и, следовательно, тем больше энергия, которую он может запасти.
Катушка индуктивности по внешнему виду напоминает катушку ниток, но здесь на каркас намотана не хлопчатобумажная нить, а покрытый изоляцией металлический провод. Если через такую катушку пропускать электрический ток, то вокруг нее возникает сильное магнитное поле.
В колебательном контуре колеблются электроны. Чтобы колебания возникли, необходимо «подтолкнуть» электроны, сообщить им некоторое количество энергии. Это можно сделать, если на мгновение подключить к конденсатору электрическую батарею. Конденсатор зарядится: на одной из пластин будет избыток электронов, а на другой недостаток; между пластинами образуется электрическое поле, в котором и запасается полученная от батареи энергия.
Сразу же после зарядки конденсатора электроны, имевшиеся в избытке на одной из его пластин, устремляются через катушку на другую пластину. В контуре возникает электрический ток.
Хотя катушка сделана из металлической проволоки, она оказывает сильное противодействие возникшему току. Вокруг ее витков образуется магнитное поле, в котором запасается часть энергии, полученной конденсатором при зарядке. Благодаря этому в момент, когда конденсатор разрядится полностью, ток в контуре не прекратится. Он будет течь в том же направлении, но уже не под влиянием энергии конденсатора, а под влиянием энергии, запасенной катушкой. Когда же катушка отдаст свою энергию, ее магнитное поле исчезнет, конденсатор контура снова окажется заряженным, но избыток электронов в этом случае будет на той пластине, на которой вначале их недоставало.
