Audion

Audion on amerikkalaisen sähköinsinöörin Lee de Forestin vuonna 1906 [2] keksimä  elektroninen havaitseva tai vahvistava tyhjiöputki [1 ] . Se oli ensimmäinen triodi [3] , joka koostui tyhjennetystä lasiputkesta, joka sisälsi kolme elektrodia : kuumennetun filamentin , ristikon ja levyn . Se oli ensimmäinen laajalti käytetty elektroninen laite, jossa oli vahvistus ; verkkoon syötetty pieni sähköinen signaali voisi ohjata hehkulangasta levylle virtaavaa suurta virtaa.

Alkuperäisen audion-triodin putkessa oli enemmän jäännöskaasua kuin myöhemmissä versioissa ja tyhjiöputkissa ; ylimääräinen jäännöskaasu rajoitti dynaamista aluetta ja antoi audionille epälineaariset ominaisuudet ja vaihtelevan hyötysuhteen [4] . Se kehitettiin alun perin radioilmaisimeksi [5] lisäämällä verkkoelektrodi Fleming-venttiiliin , mutta siitä ei ollut juurikaan hyötyä, kunnes useat tutkijat tunnistivat sen vahvistavan tehon vuonna 1912. Sitten sitä käytettiin luomaan ensimmäiset radiovastaanottimet ja elektroniset generaattorit [6] . Lukuisat käytännölliset vahvistussovellukset motivoivat sen nopeaa kehitystä, ja alkuperäinen audion korvattiin muutamassa vuodessa parannetuilla versioilla puhtaammalla tyhjiöllä [7] .

Historia

1800-luvun puolivälistä lähtien tiedettiin, että polttavalla kaasulla on sähkönjohtavuus , ja varhaiset langattomat kokeilijat huomasivat, että radioaaltojen läsnäolo vaikutti tähän johtavuuteen . De Forest havaitsi, että kaasu osittaisessa tyhjiössä , jota lämmittää tavallisella hehkulampulla , käyttäytyi pitkälti samalla tavalla ja että jos lanka kääritään lasikotelon ympärille, laite voisi toimia radiosignaalin ilmaisimena. Hänen alkuperäisessä suunnittelussaan lampun runkoon oli tiivistetty pieni metallilevy, joka liitettiin 22 voltin akun positiiviseen napaan kuulokkeiden kautta , negatiivinen napa kytkettiin lampun hehkulangan toiselle puolelle. Kun langattomia signaaleja kohdistettiin lasin ulkopinnan ympärille kiedottuun johtoon, ne aiheuttivat häiriöitä virrassa, joka aiheutti ääniä kuulokkeissa.

Tämä oli merkittävä kehitys, koska olemassa olevat kaupalliset langattomat järjestelmät suojattiin suurelta osin patenteilla ; uudentyyppinen ilmaisin antaisi De Forestille mahdollisuuden markkinoida omaa järjestelmäänsä. Lopulta hän havaitsi, että antennipiirin yhdistäminen kolmanteen elektrodiin, joka sijaitsee suoraan virtatiellä, lisäsi herkkyyttä suuresti; varhaisissa versioissaan se oli vain hilan muotoon taivutettu lanka.

Audion lisäsi tehoa; muiden ilmaisimien kanssa kaiken tehon kuulokkeiden käyttämiseen piti tulla itse antennipiireistä. Näin ollen heikot lähettimet kuuluivat pitkiä matkoja.

Patentit ja riidat

De Forest ja muut tuolloin insinöörit aliarvioivat suuresti alkuperäisen laitteensa potentiaalia uskoen, että se rajoittuisi enimmäkseen sotilaallisiin sovelluksiin. Erityisesti hän ei ilmeisesti koskaan nähnyt sen potentiaalia puhelimen toistinvahvistimena , vaikka raa'at sähkömekaaniset vahvistimet ovat olleet puhelinteollisuuden pahoja ainakin kahden vuosikymmenen ajan.

De Forest sai patentin varhaiselle kaksielektrodiselle versiolleen Audionista 13. marraskuuta 1906 ( US-patentti 841 386 ) ja "triodi" (kolmielektrodi) -versio patentoitiin vuonna 1908 ( US-patentti 879 532 ). De Forest väitti edelleen, että hän kehitti audion John Ambrose Flemingin aikaisemmasta termioniventtiileistä tehdystä tutkimuksesta (josta Fleming sai brittiläisen patentin 24850 ja US -patentin 803 684 ), ja De Forest sekaantui moniin radioon liittyviin patenttikiistoihin. Hän kutsui aina muiden tutkijoiden kehittämiä tyhjiötriodeja "värähtelyiksi", vaikka ei ole todisteita siitä, että hän olisi merkittävästi edistänyt niiden kehitystä. Totta, sen jälkeen kun tyhjiötriodi keksittiin vuonna 1913, De Forest jatkoi erityyppisten lähetys- ja vastaanottolaitteiden suunnittelua. Vaikka hän yleensä kuvaili näitä laitteita käyttäviksi "ääniä", ne itse asiassa käyttivät suurtyhjiötriodeja käyttäen piiriä, joka oli hyvin samanlainen kuin muiden kokeiden kehittämä.

Vuonna 1914 Columbian yliopiston opiskelija Edwin Howard Armstrong työskenteli professori John Harold Morecroftin kanssa dokumentoidakseen audionin sähköisiä periaatteita. Armstrong julkaisi selityksensä audionista joulukuussa 1914 oskilloskooppipiireillä ja kaavioilla . Maaliskuussa ja huhtikuussa 1915 Armstrong puhui Institute of Radio Engineersissä New Yorkissa ja Bostonissa esitellen syyskuussa julkaistun artikkelinsa "Some Recent Developments in the Field of Audio Receiver" [8] . Näiden kahden teoksen yhdistelmä on painettu uudelleen muissa aikakauslehdissä, kuten Annals of the New York Academy of Sciences [9] . Kun Armstrong ja De Forest myöhemmin törmäsivät toisiinsa patentista regeneratiiviselle radiovastaanottimelle , Armstrong väitti vakuuttavasti, että De Forest ei vieläkään ymmärtänyt, miten hän työskenteli [10] . Ongelmana oli, että De Forestin alkuperäiset patentit osoittivat, että matalapaineinen kaasu audionin sisällä oli tarpeen sen toimimiseksi (ääni on lyhenne sanoista "audio ion"), ja itse asiassa varhaisilla audionilla oli vakavia luotettavuusongelmia, koska tämä kaasu adsorboi metallielektrodeja . Joskus audiot toimivat erittäin hyvin, ja joskus ne toimivat tuskin.

Kuten De Forest itse, lukuisat tutkijat ovat yrittäneet löytää tapoja lisätä laitteen luotettavuutta stabiloimalla osittainen tyhjiö. Suuren osan todellisten tyhjiöputkien luomiseen johtaneesta tutkimuksesta suoritti Irving Langmuir General Electricin (GE) tutkimuslaboratorioissa .

Kenotron ja Pliotron

Langmuir oli pitkään epäillyt, että jotkin erilaisten matalapaine- ja tyhjiösähkölaitteiden toiminnan oletetut rajoitukset eivät ehkä ole perustavanlaatuisia fyysisiä rajoituksia, vaan yksinkertaisesti valmistusprosessin saastumisesta ja epäpuhtauksista johtuvia. Hänen ensimmäinen menestys oli osoittaa, että hehkulamput voisivat toimia tehokkaammin ja kestää pidempään, jos lasilamppu täytetään matalapaineisella inertillä kaasulla täystyhjiön sijaan. Tämä toimi kuitenkin vain, jos käytetty kaasu puhdistettiin perusteellisesti kaikista hapen ja vesihöyryn jäämistä . Keksijä sovelsi sitten samaa lähestymistapaa tehdessään tasasuuntaajan äskettäin kehitettyihin Coolidge -röntgenputkiin . Jälleen, toisin kuin yleinen uskomus, että tämä oli mahdollista, hän pystyi luomaan Fleming - diodista versioita, jotka pystyivät korjaamaan satoja tuhansia voltteja. Hänen tasasuuntaajia kutsuttiin "Kenotroniksi" kreikkalaisesta kenosta (tyhjä, ei sisällä mitään, kuten tyhjiössä) ja tron ​​(laite). Sitten hän kiinnitti huomionsa eustachian putkeen epäillen jälleen, että sen surullisen arvaamatonta käyttäytymistä voitaisiin säätää tuotannon aikana. Tiedemies valitsi kuitenkin hieman epätavallisen lähestymistavan. Sen sijaan, että olisi yrittänyt vakauttaa osittaista tyhjiötä, hän pohti, voitaisiinko audion saada toimimaan kenotronin täydellä tyhjiöllä, koska se oli helpompi stabiloida.

Langmuir tajusi pian , että hänen "tyhjiö"-audionilla oli selvästi erilaiset ominaisuudet kuin De Forestin versiolla ja että se oli itse asiassa täysin erilainen laite, joka kykeni lineaariseen vahvistukseen ja paljon korkeammille taajuuksille. Erottaakseen laitteensa audionista hän kutsui sitä pliotroniksi kreikan sanasta plio (enemmän - tässä mielessä tarkoittaa vahvistusta, enemmän signaalia tulee ulos kuin menee sisään). Pohjimmiltaan hän viittasi kaikkiin tyhjiöputkimalleihinsa kenotroneina, jolloin pliotron oli pohjimmiltaan erikoistunut kenotronin tyyppi. Koska pliotron ja kenotron olivat kuitenkin rekisteröityjä tavaramerkkejä, tekniset kirjoittajat käyttivät yleisempää termiä "tyhjiöputki". 1920-luvun puoliväliin mennessä termi "kenotron" alkoi viitata yksinomaan tyhjiöputkien tasasuuntaajiin, kun taas termi "pleotron" poistui käytöstä.

Sovellus käytännössä

De Forest jatkoi audionien valmistamista ja toimittamista Yhdysvaltain laivastolle olemassa olevien laitteiden huoltamiseksi 1920-luvun alkuun asti, mutta muualla niitä pidettiin siihen aikaan todella vanhentuneina. Tyhjiötriodi teki käytännöllisistä radiolähetyksistä todellisuutta. Ennen audionin tuloa radiovastaanottimissa käytettiin erilaisia ​​ilmaisimia, mukaan lukien kohererit , barretterit ja kristalliilmaisimet . Suosituin kideilmaisin koostui pienestä galeenin kristallin palasta, joka oli koettimilla ohuella langalla, jota kutsutaan yleisesti "kissan viiksitunnistimeksi". Ne olivat erittäin epäluotettavia, vaativat usein viiksien säätöjä eivätkä tuottaneet voittoa. Tällaiset järjestelmät vaativat tyypillisesti käyttäjää kuuntelemaan signaalia kuulokkeiden kautta , joskus erittäin alhaisella äänenvoimakkuudella, koska antenni absorboi melkein kaiken kuulokkeiden käyttöön käytettävissä olevan energian. Pitkän matkan viestintä vaati tyypillisesti valtavia antenneja, ja lähettimeen syötettiin valtavia määriä sähkötehoa.

Audion oli merkittävä parannus näihin verrattuna, mutta alkuperäiset laitteet eivät pystyneet tarjoamaan havaitun signaalin myöhempää vahvistusta. Myöhemmät tyhjiötriodit mahdollistivat signaalin vahvistamisen mille tahansa halutulle tasolle, yleensä syöttäen yhden triodin vahvistetun lähdön seuraavan verkkoon, mikä lopulta tarjosi enemmän kuin tarpeeksi tehoa täysikokoisen kaiuttimen ohjaamiseen . Lisäksi he pystyivät vahvistamaan saapuvia radiosignaaleja ennen tunnistusprosessia, mikä teki siitä paljon tehokkaamman.

Tyhjiöputkista on tehty myös erinomaisia ​​radiolähettimiä. Paljon tehokkaampien lähettimien ja paljon herkempien vastaanottimien yhdistelmä mullisti radioviestinnän ensimmäisen maailmansodan aikana . 1920-luvun lopulla näistä " putkiradioista " oli tullut olennainen osa useimpia kotitalouksia länsimaissa ja pysyivät niin kauan sen jälkeen, kun transistoriradiot otettiin käyttöön 1950-luvun puolivälissä.

Nykyaikaisessa elektroniikassa tyhjiöputki on suurelta osin korvattu puolijohdelaitteilla , kuten transistori, joka keksittiin vuonna 1947 ja otettiin käyttöön integroiduissa piireissä vuonna 1959, vaikka tyhjiöputket ovat edelleen käytössä sovelluksissa, kuten suuritehoisissa lähettimissä, kitaravahvistimissa, ja enemmän korkealaatuisia äänilaitteita.

Muistiinpanot

1. ↑ Okamura, Sōgo (1994). History of Electron Tubes Arkistoitu 20. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa . iOS Paina. s. 17-22. ISBN 9051991452 .
2. ↑ Godfrey, Donald G. (1998). "Audio". American Radion historiallinen sanakirja . Greenwood Publishing Group. s. 28. ISBN 978-0-313-29636-9 .
3. ↑ Amos, SW (2002). Triodi. Newnes Dictionary of Electronics, 4. painos . uusia. s. 331. ISBN 978-0-08-052405-4 .
4. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Planar Microwave Engineering: Käytännön opas teoriaan, mittaamiseen ja piireihin arkistoitu 20. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa . Cambridge University Press. s. 13-14. ISBN 0-521-83526-7 .
5. ↑ De Forest, Lee (tammikuu 1906). Audion; Uusi vastaanotin langattomaan lennätykseen , arkistoitu 20. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa . Trans. AIEE . American Institute of Electrical and Electronic Engineers. 25 : 735-763.
6. ↑ Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Encyclopedia of 20th-Century Technology, Voi. 2 Arkistoitu 27. heinäkuuta 2021 Wayback Machinessa . Taylor & Francis. s. 643. ISBN 1-57958-464-0 .
7. ↑ Nebeker, Frederick (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914–1945 Arkistoitu 23. kesäkuuta 2021 Wayback Machinessa . John Wiley & Sons. s. 14-15. ISBN 978-0-470-40974-9 .
8. ↑ Armstrong, EH (syyskuu 1915). "Some Recent Developments in the Audion Receiver" Arkistoitu 22. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa . IRE:n asiakirjat . 3 (9): 215-247.
9. ↑ Armstrong, EH (12. joulukuuta 1914). "Audionin käyttöominaisuudet" . sähköinen maailma . 64 (24): 1149-1152.
10. ↑ McNicol, Donald Monroe (1946). Radio's Conquest of Space the Experimental Rise in Radio Communication Arkistoitu 22. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa . Taylor & Francis. s. 178-184.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 1036508315