Борис Фомин - Радиоэлектроника в нашей жизни
В Академии наук СССР более трех лет работает быстродействующая электронная счетная машина «БЭСМ» (рис. 12).
Рис. 12. Быстродействующая счетная машина «БЭСМ» Академии наук СССР. Слева — пульт управления машиной.
Она сконструирована Институтом точной механики и вычислительной техники. За одну секунду машина совершает в среднем 7–8 тысяч арифметических действий. Опытному вычислителю, вооруженному арифмометром, для этого понадобилось бы около четырех рабочих дней, а несколько часов работы машины равноценны работе вычислителя в течение всей его жизни.
«БЭСМ» позволила ученым решить ряд задач физики, механики, астрономии, химии. Так, например, за несколько дней были подсчитаны орбиты движения около семисот малых планет солнечной системы с учетом воздействия на них Юпитера и Сатурна.
Вычисления на этой машине ведутся с числами от одной миллиардной доли единицы до миллиарда. Результаты вычислений печатаются специальным электромеханическим устройством со скоростью 1,5 числа в секунду. Они могут быть также отпечатаны на кинопленку.
В машине «БЭСМ» 5 тысяч электронных ламп, срок службы каждой лампы превышает 10 тысяч часов. Машина обслуживается двумя инженерами и техником.
Математические машины используются сейчас для решения задач в самых различных отраслях науки и техники, например в метеорологии. Для предсказания погоды на завтрашний день необходимо произвести столько математических операций, что вычислителям потребуется работать около двух недель. Счетно-решающая электронная машина выполняет эти вычисления за два часа, и предсказание можно дать своевременно.
Современные электронные машины «способны» не только к математическим действиям. Создана, например, «читающая машина». С ее помощью человек, лишенный зрения, может читать обычные газеты, книги, журналы. Электронный луч скользит по строчкам, накапливает сигналы и включает механизм, произносящий слова. Имеется и машина — переводчик. С ее помощью можно печатать текст на одном языке и через несколько секунд получать листы, отпечатанные на другом языке. Конечно, все задания, которые выполняют «читающие» и «переводящие» машины, дает человек.
В настоящее время ученые работают над созданием еще более совершенных математических машин. Очень важно создать машину небольшого размера, поскольку большинство действующих в наши дни электронных вычислительных машин занимают десятки и даже сотни квадратных метров площади. Портативная машина может найти место в лаборатории, в конструкторском бюро, в кабинете ученого. Чтобы математическая машина получилась небольших размеров, нужны миниатюрные радиолампы и детали. Теперь это достигается внедрением в радиотехнику так называемых полупроводниковых электронных приборов, или кристаллических элементов.
В двадцатых годах наш соотечественник О. В. Лосев открыл способ усиливать радиосигналы с помощью не радиоламп, а особого полупроводникового элемента.
Новый преобразователь и усилитель электрических колебаний был назван кристадином. По своим качествам он уступал радиолампе; это и понятно: наука того времени о полупроводниках знала очень мало. Изобретение О. В. Лосева было забыто.
Вспомнили о нем в годы второй мировой войны, когда стали строить радиолокаторы, работающие на сантиметровых волнах: кристаллический преобразователь на этих волнах работал значительно лучше радиолампы! С этого времени началось чрезвычайно быстрое внедрение полупроводников в технику.
Полупроводники составляют в природе особую группу тел. В обычных условиях они плохо проводят ток и этим похожи на изоляторы. Но стоит внешним условиям измениться, и полупроводник начинает сравнительно хорошо пропускать ток, приближаясь по своим свойствам к проводникам. К полупроводникам относятся различные окислы и минералы, а также такие химические элементы, как германий, кремний, селен, теллур, бор, фосфор.
Первое свое применение в современной технике полупроводники получили как выпрямители переменного тока. Переменный ток пропускают через соединение полупроводников двух различных типов, в результате чего получают выпрямленный ток, т. е. такой ток, который протекает только в одном направлении. Раньше для этой цели применялись радиолампы.
Усложнив устройство полупроводникового элемента, удалось применить его для усиления слабых электрических сигналов. Новый прибор выполняет те же функции, что и усилительная лампа, но отличается в десятки раз меньшими размерами и тем, что не имеет нити накала.
Это значительно сокращает потребление энергии источников питания.
Первый кристаллический триод был создан в 1948 г. В настоящее время разработаны десятки типов полупроводниковых приборов.
В создании радиоэлектронной аппаратуры небольших размеров велика роль и так называемых печатных схем. Это такие радиосхемы, которые печатаются способом, близким к типографскому. На стеклянные или пластмассовые пластины наносится «рисунок», включающий в себя конденсаторы сопротивления и далее небольшие катушки индуктивности. Такой двухмерный (плоский) монтаж очень удобен в массовом производстве радиоаппаратуры и позволяет намного уменьшить ее размеры.
Внедрение этих достижений радиотехники в производство позволит не только создать портативные электронные математические машины, но и сделает возможным по-новому подойти к конструированию телевизоров, радиолокаторов, радионавигационных устройств и другой радиоаппаратуры.
Электронное оружие ученых
Известно, какое значительное место занял в научно-исследовательской работе микроскоп. Им пользуются биологи, физики, химики, минералоги. Благодаря ему удалось открыть и изучить различные виды бактерий и микробов, разгадать строение и свойства различных веществ.
Современный оптический микроскоп может дать увеличение наблюдаемого объекта в 2000 раз, а с помощью ультрафиолетовых лучей — в 3000 раз. Это предел для оптических микроскопов. Но существует также электронный микроскоп, позволяющий перешагнуть этот порог. В нем «освещение» объекта производится потоком электронов. Это дает возможность рассмотреть более мелкие детали. В электронном микроскопе увеличенное изображение исследователь видит на экране электронно-лучевой трубки, подобной тем, которые применяются в телевидении и радиолокации.
Современные электронные микроскопы дают увеличение в 30 тысяч раз, а с последующим фотоувеличением до 100–200 тысяч раз. Такое увеличение позволяет рассматривать внутреннее строение бактерий и вирусов, молекулы сложных химических соединений и т. д. Наблюдая в электронный микроскоп живые ткани, можно видеть действие различных лекарств на бактерии. Это позволяет разрабатывать эффективные средства борьбы с болезнями[7].
Недавно появилось сообщение о создании нового, еще более замечательного прибора — электронного проектора. Этот прибор дает увеличение в 1–2 миллиона раз и позволяет отчетливо видеть строение кристаллической решетки металлов. Если с помощью этого прибора исследуется газ, то можно достигнуть увеличения в 10 миллионов раз и рассмотреть не только молекулы, но и расположение отдельных атомов! При помощи нового прибора впервые удалось рассмотреть атомы бария.
Для наблюдения за ходом различных физических процессов, а также для работы астрономов необходимы приборы, точно отсчитывающие время. Сейчас с помощью радиоэлектронных часов, в которых используются некоторые свойства кварцевых пластинок, удается измерять время с погрешностью, не превышающей одной десятитысячной доли секунды. За 32 года подобные «кварцевые часы» «отстают» или «уходят» не больше чем на одну секунду[8].
Несколько лет ведутся работы и по созданию так называемых «атомных часов». В этих часах используется явление, открытое радиоспектроскопией: при прохождении электромагнитных волн через газ поглощение радиоволн происходит на строго определенной частоте. Ни изменение температуры, ни другие воздействия не могут «сбить» эти часы. За 300 лет такие часы могут уйти вперед или отстать не более чем на одну секунду!
Радиоэлектронные приборы позволили физикам измерять ничтожные изменения линейных размеров тел. Для этой цели были созданы радиомикрометры. Одна из основных деталей радиомикрометра — конденсатор колебательного контура. Его емкость, как емкость любого конденсатора, зависит от расстояния между пластинами. А от емкости, как мы уже говорили, в свою очередь, зависит частота колебательного контура. Если одну из пластин соединить с предметом, длина которого изменяется, а другую закрепить неподвижно, то по отклонению частоты контура можно судить об изменении длины.
С помощью радиомикрометра, способного реагировать на ничтожно малые изменения размеров тел, изучают явления нагревания, намагничения и другие процессы. Современные электронные микрометры могут обнаруживать смещения в одну миллиардную долю миллиметра!
