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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
電気ランプ。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 電子ランプ、ラジオ管 - 電極間の真空または希薄ガス中を移動する電子の流れの強度を制御することによって機能する電気真空装置（より正確には、真空電子装置）。 ラジオ管は、XNUMX 世紀に電子機器の能動素子 (増幅器、発電機、検出器、スイッチなど) として広く使用されました。 現在では、ほぼ完全に半導体デバイスに置き換わっています。 場合によっては、強力な高周波送信機やオーディオ機器にも使用されます。
電子ランプの発明は、照明技術の開発に直接関係しています。 80世紀初頭、有名なアメリカの発明家エジソンは白熱灯を改良していました。 その欠点の1883つは、ガラスの内側にダークスポットが現れることによる電球の変色による光出力の段階的な低下でした。 XNUMX年にこの影響の原因を調査したところ、エジソンは、スレッドループの平面にあるシリンダーの汚れたガラスに、明るく、ほとんど暗くなっていないストリップがあり、このストリップが常にランプの側面にあることが判明したことに気付きました。フィラメント回路の正の入力が配置された場所。 負の入力に隣接する炭素フィラメントの部分が、それ自体から最小の材料粒子を放出しているように見えました。 フィラメントのプラス側を通り過ぎて飛んでいくと、フィラメントのプラス側によって見えなくなっていたガラスの表面の線を除いて、ガラス容器の内部はどこでも覆われていました。 エジソンがガラス容器の中に小さな金属板を導入し、それをフィラメントの入口の間に置いたとき、この現象の全体像がより明確になりました。 このプレートをガルバノメーターを介して糸の正極に接続することで、バルーン内の空間に流れる電流を観察することができました。
エジソンは、フィラメントのマイナス側から放出される炭素粒子の流れが、フィラメントと彼が導入したプレートとの間の経路の一部を導電性にすることを示唆し、この流れがフィラメントの白熱の程度に比例することを発見しました。言い換えれば、ランプ自体の光パワーです。 実際、これでエジソンの研究は終わりです。 このアメリカ人の発明家は、自分がどれほど偉大な科学的発見をしようとしているのか想像できませんでした。 エジソンが観測した現象が正確で包括的な説明を受けるまでに、約20年が経過しました。 真空中に置かれたランプフィラメントが強く加熱されると、周囲の空間に電子を放出し始めることがわかりました。 このプロセスは熱電子放出と呼ばれ、フィラメント材料からの電子の蒸発と見なすことができます。 「エジソン効果」の実用化の可能性のアイデアは、1904年に「XNUMX電極管」またはフレミングの「ダイオード」と呼ばれるこの原理に基づいた検出器を作成した英国の科学者フレミングに最初に思い浮かびました。 フレミングのランプは、希薄ガスで満たされた普通のガラス瓶でした。 フィラメントは、それを囲む金属シリンダーと一緒にバルーンの内側に配置されました。 ランプの加熱された電極は連続的に電子を放出し、それがその周りに「電子雲」を形成しました。 電極温度が高いほど、電子雲の密度が高くなります。 ランプの電極を電流源に接続すると、それらの間に電界が発生しました。 ソースの正極が冷たい電極（アノード）に接続され、負極が加熱された電極（カソード）に接続されている場合、電界の作用下で、電子は部分的に電子雲を離れ、低温に急いで行きました電極。 したがって、電流がカソードとアノードの間に確立された。 ソースが反対方向にオンになると、負に帯電したアノードはそれ自体から電子をはじき、正に帯電したカソードはそれらを引き付けます。 この場合、電流はありませんでした。 つまり、フレミングダイオードは顕著な片側導電率を持っていました。
受信回路に組み込まれたランプは整流器のように機能し、一方向に電流を通し、反対方向には電流を通しません。したがって、導波管 - 検出器として機能することができました。 ランプの感度をわずかに高めるために、適切に選択された正の電位が適用されました。 原則として、フレミングランプを使用した受信回路は、当時の他の無線回路とほとんど変わりませんでした。 磁気式検出器方式に比べて感度は劣りますが、信頼性は比較にならないほど優れています。 真空管の改良と技術的応用の分野におけるさらなる顕著な成果は、1907 年にアメリカ人技術者の De Forest によって追加の第 XNUMX 電極を含むランプが発明されたことです。 このXNUMX番目の電極は発明者によって「グリッド」と呼ばれ、ランプ自体は「オーディン」と呼ばれましたが、実際には別の名前が割り当てられました-「三極管」。 XNUMX 番目の電極は、その名前からわかるように連続しておらず、陰極から陽極に飛んでいる電子を通過させることができました。 グリッドとカソードの間で電圧源をオンにすると、これらの電極間に電場が発生し、アノードに到達する電子の数、つまりランプを流れる電流の強さに強く影響します (アノード電流）。 グリッドに印加される電圧が減少すると、アノード電流の強度が減少し、増加すると増加しました。 グリッドに負の電圧が印加された場合、アノード電流は完全に停止しました-ランプは「ロック」されていることが判明しました。 三極真空管の注目すべき特性は、制御電流がメイン電流の何倍も少なくなる可能性があることでした。グリッドとカソードの間のわずかな電圧変化が、アノード電流に非常に大きな変化を引き起こしました。 後者の状況は、ランプを使用して小さな交流電圧を増幅することを可能にし、その実用化のために異常に広い可能性を開きました。 受信信号を数十倍に増幅することが可能になったため、1907電極ランプの登場により無線受信回路が急速に進化しました。 受信機の感度は何倍にもなりました。 初期の真空管受信機回路のXNUMXつは、同じDeForestによってXNUMX年にすでに提案されていました。
ここでは、アンテナとグランドの間にLC回路が接続されており、アンテナから受信したエネルギーの作用で形成された高周波交流電圧が端子に発生します。 この電圧はランプのグリッドに印加され、アノード電流の変動を制御しました。 このようにして、受信信号の増幅された振動がアノード回路で得られ、同じ回路に含まれる電話の膜を動かすことができました。 De Forest の最初の XNUMX 電極オーダン ランプには多くの欠点がありました。 その中の電極の位置は、電子の流れの大部分が陽極ではなくガラス容器に落ちるようなものでした。 グリッドの制御効果が不十分であることが判明しました。 ランプは排気が不十分で、かなりの数のガス分子が含まれていました。 それらはイオン化し、フィラメントに絶え間なく衝撃を与え、フィラメントに壊滅的な影響を与えました。 1910 年、ドイツの技術者リーベンは、改良された三極管真空管を作成しました。グリッドは、穴の開いたアルミニウムのシートの形で作成され、バルーンの中央に配置され、XNUMX つの部分に分割されました。 ランプの下部にはフィラメントがあり、上部にはアノードがありました。 このようなグリッドの配置により、電子の流れ全体がグリッドを通過するため、その制御動作を強化することができました。 このランプの陽極はアルミニウム線の小枝またはらせんの形をしており、白金フィラメントが陰極として機能しました。 リーベンは、ランプの発光特性の向上に特に注意を払いました。 この目的のために、フィラメントを酸化カルシウムまたは酸化バリウムの薄層で被覆することが最初に提案された。 さらに、水銀蒸気がバルーンに導入され、追加のイオン化が生成され、それによってカソード電流が増加しました。
そのため、真空管は最初に検出器として使用され、次に増幅器として使用されました。 しかし、それを使用して減衰されていない電気振動を生成する可能性が発見されて初めて、無線工学の主要な地位を獲得しました。 最初の真空管発生器は、1913 年にドイツの著名な無線技術者マイスナーによって作成されました。 リーベン三極管に基づいて、彼は世界初の無線電話送信機も構築し、1913 年 36 月にはナウエンとベルリンの間で XNUMX km の距離に無線電話接続を確立しました。
真空管発電機には、インダクター L とコンデンサー C からなる発振回路が含まれていました。このようなコンデンサーが充電されると、回路内に減衰振動が発生します。 振動が消滅しないようにするには、各周期のエネルギー損失を補償する必要があります。 したがって、定電圧源からのエネルギーは定期的に回路に入力する必要があります。 この目的のために、発振回路の電気回路に三極管が含まれていたため、回路からの発振がそのグリッドに供給されました。 ランプのアノード回路は、発振回路のコイルＬと誘導的に結合されたコイルＬｃを含んでいた。 回路がオンになった瞬間、バッテリーからの電流は徐々に増加し、三極管とコイル Lc を通って移動します。 この場合、電磁誘導の法則に従って、コイル L に電流が流れ、コンデンサ C が充電されます。図からわかるように、コンデンサのプレートからの電圧はカソードに供給され、グリッド。 オンにすると、正に帯電したコンデンサプレートがグリッドに接続されます。つまり、正に充電され、Lcコイルを通過する電流が増加します。 これは、アノード電流が最大に達するまで続きます (結局のところ、ランプ内の電流はカソードから蒸発した電子の数によって決定され、その数は無制限にすることはできません - ある最大値まで増加すると、この電流はもはや増加しません。グリッド張力の増加)。 このとき、コイル Lc には定電流が流れます。 誘導結合は交流でのみ発生するため、コイルLには電流が流れません。 その結果、コンデンサは放電を開始します。 したがって、グリッドの正電荷は減少し、これはアノード電流の大きさにすぐに影響します-それも減少します。 その結果、コイルLcを流れる電流も減少し、コイルLに反対方向の電流が発生します。 したがって、コンデンサCが放電されると、Lcを流れる電流が減少すると、コイルLに電流が誘導され、コンデンサのプレートが充電されますが、反対方向になり、負の電荷がプレートに蓄積されます。グリッドに接続されています。 これにより、最終的にアノード電流が完全に停止します。コイルLを流れる電流が再び停止し、コンデンサが放電を開始します。 その結果、グリッド上の負電荷はますます少なくなり、アノード電流が再び現れ、それが増加します。 したがって、プロセス全体が最初から繰り返されます。 この説明から、交流電流がランプのグリッドを流れ、その周波数はLC発振回路の固有周波数に等しいことがわかります。 しかし、これらの振動は減衰されませんが、一定です。これは、コイルLに誘導結合されたコイルLcを介したバッテリーからのエネルギーの一定の追加によって維持されるためです。 真空管発生器の発明により、無線通信技術において重要な一歩を踏み出すことが可能になりました-短パルスと長パルスからなる電信信号の送信に加えて、信頼性の高い高品質の無線電話通信が可能になりました-つまり、電磁波を利用した人の言葉や音楽。 無線電話通信には複雑なことは何もないように思えるかもしれません。 実際、音の振動は、マイクを使って簡単に電気振動に変換できます。 なぜ、それらを増幅してアンテナに送り込むことによって、モールス信号が以前に送信されたのと同じ方法で音声や音楽を遠くに送信しないのでしょうか? ただし、実際には、強力な高周波振動のみがアンテナを介して十分に放射されるため、この送信方法は実行可能ではありません。 そして、音の周波数の遅い振動は、宇宙に電磁波を励起するので、それらを受信する方法がないほど弱い. したがって、高周波振動を生成するチューブ発生器が作成される前は、無線電話通信は非常に困難な作業であると思われました。 音を伝達するために、これらの振動は変更されるか、彼らが言うように、低（音）周波数の振動で変調されます。 変調の本質は、ジェネレーターの高周波振動とマイクロフォンからの低周波振動が互いに重なってアンテナに供給されるという事実にあります。
変調はさまざまな方法で発生します。 例えば、アンテナ回路にはマイクが含まれる。 マイクのインピーダンスは音波によって変化するため、アンテナの電流も変化します。 言い換えれば、振幅が一定の振動ではなく、振幅が変化する振動、つまり高周波の変調電流が発生します。 受信機によって受信された変調された高周波信号は、増幅された後でも、可聴周波数で電話膜またはスピーカーのホーンを振動させることはできません。 それは私たちの耳には知覚されない高周波振動を引き起こすだけです。 したがって、受信機で逆のプロセスを実行する必要があります-高周波変調された振動から可聴周波数信号を選択するために-言い換えれば、信号を検出するために。 真空ダイオードを用いて検出を行った。 すでに述べたように、ダイオードは一方向にのみ電流を流し、交流を脈動に変えました。 この脈動電流はフィルタで平滑化されました。 最も単純なフィルタは、ハンドセットと並列に接続されたコンデンサです。
フィルターはこんな感じでした。 その瞬間、ダイオードに電流が流れ、その一部がコンデンサに分岐して充電されました。 パルス間の間隔で、ダイオードがブロックされたときに、コンデンサがチューブに放電されました。 したがって、パルス間の間隔では、電流はパルス自体と同じ方向にチューブを流れました。 後続の各パルスは、コンデンサを再充電します。 これにより、可聴周波電流がチューブを流れ、その形状は送信所での低周波信号の形状をほぼ完全に再現しました。 増幅後、低周波の電気振動が音に変わりました。 最も単純な検出器受信機は、アンテナに接続された発振回路と、検出器と電話からなる回路に接続された回路で構成されています。 最初の真空管はまだ不完全でした。 しかし、1915 年に、Langmuir と Guede は、ランプを非常に低い圧力まで排気する効率的な方法を提案しました。これにより、真空ランプがイオン ランプに取って代わりました。 これにより、電子技術ははるかに高いレベルに達しました。 著者：Ryzhov K.V.
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