">Из статьи А.С. Попова
«Прибор для обнаружения и регистрирования
электрических колебаний»"> Содержание настоящей статьи в главной своей части было предметом сообщения в апрельском собрании Физического отделения нашего общества...
">В начале текущего года я занялся воспроизведением некоторых опытов... над электрическими колебаниями с целью пользоваться ими на лекциях, но первые же попытки показали мне, что явление, лежащее в основе этих опытов,- изменение сопротивления металлических опилок под влиянием электрических колебаний - довольно непостоянно; чтобы овладеть явлением, пришлось перепробовать несколько комбинаций. В результате я пришел к устройству прибора, служащего для объективных наблюдений электрических колебаний, пригодного как для лекционных целей, так и для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере...
">В 1891 г. Бранли открыл, что... металлические порошки обладают способностью мгновенно изменять свое сопротивление электрическому току, если вблизи них произойдет разряд электрофорной машины или индукционной катушки...
">Механические сотрясения возвращают снова опилкам прежнее состояние, характеризуемое большим сопротивлением. Действие разряда опять может уменьшить его, и снова встряхиванием можно получить прежние величины сопротивления...
">Прежде всего я пожелал дать такую форму прибору с опилками, чтобы иметь возможное постоянство чувствительности...
">Наиболее удачная форма по значительной чувствительности, при достаточном постоянстве, выполнена следующим образом. Внутри стеклянной трубки, на ее стенках, приклеены две полоски тонкой листовой платины АВ и CD почти во всю длину трубки (рис. 1).Одна полоска выведена на внешнюю поверхность с одного конца трубки, другая - с противоположного конца. Полоски платины своими краями лежат на расстоянии около 2 мм при ширине 8 мм; внутренние концы полосок В и С не доходят до пробок, закрывающих трубку, чтобы порошок, в ней помещенный, не мог, набившись под пробку, образовать неразрушаемых сотрясениями проводящих нитей, как то случилось в некоторых моделях. Длина всей трубки достаточна в 6-8 см при диаметре около 1 см...
">Трубка при своем действии располагается горизонтально, так что полоски лежат в нижней ее половине и металлический порошок вполне покрывает их. Однако лучшее действие получается в том случае, если трубка наполнена не более чем на половину.
">
Во всех опытах как на величину, так и на постоянство чувствительности влияют размеры зерен металлического порошка и вещество его. Наилучшие результаты получаются при употреблении железного порошка...
">Схема (рис. 2) показывает расположение частей прибора. Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на легкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своем действии он мог давать легкие удары молоточком посередине трубки, защищенной от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.
">
Действует прибор следующим образом. Ток батареи в 4-5 В постоянно циркулирует от зажима Р и платиновой пластинки А , далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке Б и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка АВ подвергнется действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится, и ток увеличится на столько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С , замкнется, и звонок начнет действовать, но тотчас же сотрясения трубки опять уменьшат ее проводимость, и реле разомкнет цепь звонка. В моем приборе сопротивление опилок после сильного встряхивания бывает около 100000 Ом, а реле, имея сопротивление около 250 Ом, притягивает якорь при токах от 5 до 10 мА (пределы регулировки), т. е. когда сопротивление всей цепи падает ниже тысячи омов . На одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками...
">Прибор... может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями...
">Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищенный от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода. Всякое колебание, переходящее за известный предел по своей интенсивности, может быть отмечено прибором и даже зарегистрировано, так как всякое замыкание контакта реле на схеме в точке С может привести в действие, кроме звонка, еще электромагнитный отметчик. Для этого достаточно один конец его обмотки присоединить между точками С и D , а другой к зажиму батареи Р , т. е. включить электромагнит в цепь параллельно звонку... В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией.
В начале текущего года я занялся воспроизведением некоторых опытов... над электрическими колебаниями с целью пользоваться ими на лекциях, но первые же попытки показали мне, что явление, лежащее в основе этих опытов,- изменение сопротивления металлических опилок под влиянием электрических колебаний - довольно непостоянно; чтобы овладеть явлением, пришлось перепробовать несколько комбинаций. В результате я пришел к устройству прибора, служащего для объективных наблюдений электрических колебаний, пригодного как для лекционных целей, так и для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере...
В 1891 г. Бранли открыл, что... металлические порошки обладают способностью мгновенно изменять свое сопротивление электрическому току, если вблизи них произойдет разрядэлектрофорной машины или индукционной катушки...
Механические сотрясения возвращают снова опилкам прежнее состояние, характеризуемое большим сопротивлением. Действие разряда опять может уменьшить его, и снова встряхиванием можно получить прежние величины сопротивления...
Прежде всего я пожелал дать такую форму прибору с опилками, чтобы иметь возможное постоянство чувствительности...
Наиболее удачная форма по значительной чувствительности, при достаточном постоянстве, выполнена следующим образом. Внутри стеклянной трубки, на ее стенках, приклеены две полоски тонкой листовой платины АВ и CD почти во всю длину трубки (рис. 1).Одна полоска выведена на внешнюю поверхность с одного конца трубки, другая - с противоположного конца. Полоски платины своими краями лежат на расстоянии около 2 мм при ширине 8 мм; внутренние концы полосок В и С не доходят до пробок, закрывающих трубку, чтобы порошок, в ней помещенный, не мог, набившись под пробку, образовать неразрушаемых сотрясениями проводящих нитей, как то случилось в некоторых моделях. Длина всей трубки достаточна в 6-8 см при диаметре около 1 см...
Трубка при своем действии располагается горизонтально, так что полоски лежат в нижней ее половине и металлический порошок вполне покрывает их. Однако лучшее действие получается в том случае, если трубка наполнена не более чем на половину.
Во всех опытах как на величину, так и на постоянство чувствительности влияют размеры зерен металлического порошка и вещество его. Наилучшие результаты получаются при употреблении железного порошка...
Схема (рис. 2) показывает расположение частей прибора. Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на легкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своем действии он мог давать легкие удары молоточком посередине трубки, защищенной от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.
Действует прибор следующим образом. Ток батареи в 4-5 В постоянно циркулирует от зажима Р и платиновой пластинки А,далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке Б и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка АВ подвергнется действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится, и ток увеличится на столько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнется, и звонок начнет действовать, но тотчас же сотрясения трубки опять уменьшат ее проводимость, и реле разомкнет цепь звонка. В моем приборе сопротивление опилок после сильного встряхивания бывает около 100000 Ом, а реле, имея сопротивление около 250 Ом, притягивает якорь при токах от 5 до 10 мА (пределы регулировки), т. е. когда сопротивление всей цепи падает ниже тысячиомов. На одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками...
Прибор... может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями...
Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищенный от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода. Всякое колебание, переходящее за известный предел по своей интенсивности, может быть отмечено прибором и даже зарегистрировано, так как всякое замыкание контакта реле на схеме в точке С может привести в действие, кроме звонка, еще электромагнитный отметчик. Для этого достаточно один конец его обмотки присоединить между точками С и D, а другой к зажиму батареи Р, т. е. включить электромагнит в цепь параллельно звонку... В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией.
Кронштадт, декабрь 1895 г.
Беспроводная телеграфия, 1914
Детекторы, применяемые в радиотелеграфии, могут быть подразделены на два класса: приводящиеся в действие током или напряжением. Приводящиеся в действие напряжением детекторы всегда подключают параллельно конденсатору, поскольку на выводах конденсатора имеется большая разность потенциалов, а детекторы, приводящиеся в действие током включают последовательно с этим конденсатором. Типы детекторов можно подразделить далее на разные классы, а именно:
- детекторы на основе плохого контакта, например, когерер Маркони;
- выпрямительные детекторы, например лампа Флеминга и карборудный детектор ;
- электролитические детекторы, например детекторы Фессендена и Шломилча;
- термоэлектрический детектор, на основе пары галена и графита или других пар;
- детектор на основе изменения магнитных свойств - магнитный детектор Маркони.
Когерер
Когерер является результатом работы разных людей - Хьюза, Лоджа, Бранли, Попова и других. Он состоит из небольшого количества металлических опилок, помещённых между двумя электродами. Первый практический образец когерера для радиотелеграфии был создан Маркони. Он состоял из небольшого количества никелевых опилок и добавленных к ним небольшого процента серебрянных опилок, помещённых между серебрянными электродами, имеющими скошенные концы, так что пространство между ними, в которое помещаются опилки, имело клинообразную форму.
Назначение электродов такой формы в том, чтобы получить возможность регулирования чувствительности когерера. Наибольшая чувствительность достигается тогда, когда вытянутые части клиньев расположены снизу, и наоборот, если их перевернуть на 180°, то чувствительность когерера будет минимальной.
Электроды и металлические опилки помещены в герметичную стеклянную трубку, в которой создано небольшое разряжение. Контакты электродов, к которым подключают провода, выведены из трубки с помощью гермовводов (рис. 1. ).
Рис. 1. Когерер Маркони.
Принцип работы когерера основан на том, что если на его выводах появится напряжение величиной выше некоторого определённого значения, то сопротивление когерера, довольно высокое из-за плохого контакта между металлическими опилками и электродами, резко падает до значительно меньшей величины. Некоторые думают, что это происходит из-за электростатического притяжения между металлическими опилками; другие же полагают, что между опилками проскакивают микроскопические искры, которые слегка сваривают опилки между собой. Однако по какой-бы причине это не происходило, важен сам факт того, что если когерер подвергается разности потенциалов при подаче на него какого-либо сигнала, то его сопротивление очень сильно падает, и если когерер соединить последовательно с реле и батареей питания, а контактами реле коммутировать самописец, то наличие электрических колебаний будут фиксироваться на бумаге, так как реле будет замыкаться каждый раз при наличии электрических колебаний. Однако когерер сам по себе не восстанавливает своё прежнее состояние с высоким сопротивлением, поэтому используется небольшой электромагнитный молоточек, который аккуратно постукивает по нижней стороне когерера, встряхивая железные опилки, что приводит к восстановлению прежнего высокого сопротивления и снова делает когерер чувствительным к электрическим колебаниям.
Рис. 2. Схема приёмника Маркони с когерером.
На Рис. 2 показана схема приёмника Маркони с когерером. Антенная цепь состоит из настроечной индуктивности и первичной обмотки резонансного трансформатора, соединённых последовательно и подключённых к антенне и заземлению. Вторичная обмотка резонансного трансформатора состоит из двух частей, соединённых последовательно между собой конденсатором, что препятствует прохождению постоянного тока через обмотки. Концы обмоток вторичной катушки соединены с выводами переменного конденсатора, которым настраивают обмотку на резонансную частоту первичной обмотки, и параллельно этому конденсатору подключён когерер.
Реле и элемент питания, соединённые последовательно, включены параллельно конденсатору, который соединяет обе части вторичной обмотки резонансного трансформатора. К контактам реле подключается батарея элементов, соединённая с самописцем (принтер кода Морзе), и параллельно самописцу подключается электромагнитный молоточек, действием которого когерер приводится в исходное высокоомное состояние после того, как он сработал в результате действия высокочастотного сигнала.
Из-за высокой самоиндукции катушек реле, самописца и молоточка, важно, чтобы они, а также контакты реле и молоточка были бы зашунтированы высоким безиндуктивным сопротивлением для устранения возможного искрения, которое может привести к ложному срабатыванию когерера.
Настройка различных схем и частей аппаратуры, описанной выше, как правило, считается трудным делом, но если отнестись к настройке систематически, то выполнить её довольно просто. Оператор должен поступить следующим образом: во-первых, с помощью регулировочного винта установите магнит молоточка настолько далеко от своей арматуры, насколько это возможно, а затем отрегулируйте ручку молоточка так, что бы она находилась на расстоянии около одного миллиметра от когерера.
Далее вращайте регулировочный винт реле, что бы цепь замкнулась, а затем медленно поверните его в обратном направлении до тех пор, пока цепь не разомкнётся. Теперь передайте какой-нибудь текст с помощью зуммера (зуммер - это небольшой прерыватель, работающий от батарейки и генерирующий слабые электрические колебания), и одновременно с этим сближайте магнит молоточка с его арматурой до тех пор, пока удары не достигнут достаточной силы, что бы можно было чётко принимать сигналы азбуки Морзе.
Если удары слишком слабые, то принимаемые сигналы будут сливаться, а если удары слишком сильные, то они будут разрывать сигналы, то есть тире будет выглядеть как ряд точек. Весь аппарат, описанный выше, за исключением самописца, заключён в металлический ящик, что предотвращает повреждение когерера мощными сигналами, которые возникают в цепях при работе передатчика.
Рис. 4. Когерер Лоджа-Муирхеда.
Это когерер, который может быть использован как с телефоном, так и с самописцем, устроен следующим образом: маленькая металлическая чашка (рис. 4 ) содержит шарик ртути, на котором расположена небольшая капля масла, образующая бесконечно тонкую изолирующую плёнку над ним. Над шариком ртути расположен маленький железный диск с острым краем, этот диск медленно поворачивается. С помощью регулировочного винта нижний край диска опускается до соприкосновения с плёнкой масла на поверхности ртути, но если давление при этом не слишком велико, то повреждения плёнки масла не происходит. Последовательно с когерером включены гальванический элемент и головные телефоны или самописец. При прохождении электрического сигнала по цепи в результате пробоя тонкой плёнки изоляции когерер переходит в проводящее состояние и в результате ток гальванического элемента активизирует головные телефоны или самописец. Этот тип когереров восстанавливается сам и для него не требуется встряхивание.
Этот детектор состоит из платиновой чашки с раствором разбавленной кислоты. Чашка является одним электродом, другой электрод состоит из проволоки Волластона (это платиновая проволока, с толщиной менее 0,01 мм, покрытая серебром), запечатанной в стеклянную трубку, которую чуть-чуть погружают в раствор так, что бы там оказался самый кончик проволоки Волластона. Подключение к проводам осуществляется при помощи металлической трубы, в которой установлены электроды. Детектор последовательно с высокоомными телефонами подключается к подвижному контакту потенциометра, крайние выводы которого соединены с батареей питания. Небольшой ток, который проходит через детектор, поляризует его - на электродах образуется газ, в результате чего сопротивление детектора увеличивается. Если теперь устройство подвергнуть чередованию небольших потенциалов и токов, поступающих из приёмной цепи, то под воздействием электрических колебаний произойдёт деполяризация и сопротивление электролитической ячейки упадёт, через телефоны будет проходить небольшой ток, слышимый оператором. После окончания прохождения сигнала по цепи батарея снова поляризует ячейку, то есть устройство самовосстанавливается. Чтобы отрегулировать ячейку, небольшой электрод вставляется в держатель и его кончик погружают в электролит, ручку потенциометра вращают до тех пор, пока в наушниках не появится шипящий звук, затем ручку вращают в обратном направлении, пока шум не прекратиться. В этой точке детектор имеет наибольшую чувствительность.
Этот тип детектора широко применяется и является очень чувствительным и надёжным. Однако было обнаружено, что сильные атмосферные помехи временно снижают чувствительность устройства, но ненадолго, так как когерер самовосстанавливается через несколько секунд. Восстановление может быть ускорено путём кратковременного повышения напряжения на клеммах, это можно сделать если немного покрутить ручку потенциометра.
На рисунке рисунке 5 изображён электрод с проволокой Волластона, а на рисунке 6 показан способ подключения детектора к батарее и потенциометру.
Карборудный детектор
Карборундный детектор очень прост в изготовлении, его конструкция состоит из небольшого кристалла карборунда, помещённого между двумя медными пружинами. Он работает в силу того, что карбид кремния имеет свойство, называемое односторонней проводимостью. Предположим, что кристалл карборунда соединён последовательно с батареей и гальванометром, измерим величину тока, протекающего по цепи, теперь поменяем полярность подключения батареи и снова измерим ток. Мы обнаружим, что величина тока в обоих измерениях сильно отличаются, хотя ЭДС батареи осталась неизменной. Это показывает, что для токов идущих в одном направлении карборунд имеет очень высокое сопротивление и является практически изолятором, а для токов, идущих в обратном направлении карборунд является сравнительно хорошим проводником. Следовательно, кристалл карборунда может работать в качестве выпрямителя и преобразовывать колебания или переменный ток в постоянный. Кроме карборуна многие кристаллы имеют свойства односторонней проводимости, хотя и менее выраженные.
Было также обнаружено, что при при одних напряжениях односторонняя проводимость кристалла больше, чем при других, и на практике для этого на кристалл подают напряжение от батареи через потенциометр. Этот детектор является достаточно чувствительным и надёжным, и широко используется в Соединённых Штатах Америки.
Лампа Флеминга
Рис. 7. Лампа Флеминга и её включение в схему.
Ламповый детектор Флеминга состоит из лампы с углеродной или вольфрамовой нитью накала, в колбу лампы помещена металлическая пластина, изолированная от накальной нити, и соединённая с проводником, вывод которого проходит через стеклянную стенку лампы наружу и является третьим электродом. Если нить накаливания раскалить путём подключения к её выводам подходящей батареи питания, то пространство между нитью и изолированной пластиной будет обладать односторонней проводимостью, и если теперь лампу включить в схему, в которой присутствует переменный ток, то из-за выпрямительных свойств лампы переменный ток будет преобразован в однонаправленный ток, который можно будет услышать в телефонной трубке. Выпрямительная лампа изображена на рисунке 7 , на этом же рисунке так же показан способ включения лампы в схему.
Если место контакта между двумя разнородными металлами, входящих в замкнутый контур, нагреть, то в цепи появится ток. Например, возьмём кусочек висмута и немного сурьмы, соединим их между собой и подключим к их свободных концам подходящий гальванометр и мы увидим, что если место контакта нагревается до более высокой температуры, чем остальные части схемы, то ток будет течь от висмута в сторону сурьмы, величина тока будет пропорциональна разнице температур между горячей и холодной частями соединения. В почти любом учебнике по электротехнике есть таблица, показывающая термоэлектрический ряд металлов и их термоэлектрические потенциалы или ЭДС на один градус Цельсия при использовании в паре со свинцом. Например, предположим, мы создали пару теллур-свинец и нагрели её на 1 градус по Цельсию выше холодной части схемы, при этом появится ЭДС величиной около 500 микровольт.
Было обнаружено, что некоторые из металлических сульфидов, например, галенит, имеют очень существенные теплоэлектрические свойства, и поэтому галенит обычно является одним из элементов термопары, используемой в качестве детектора для беспроводной телеграфии.
Рис. 8. Термоэлектрический детектор.
Двумя очень эффективными комбинациями являются пары галенит-графит или галенит-теллур, причём обе пары имеют высокую чувствительность. Конструкция такого детектора показана на рисунке 8 . Кристалл галенита припаян к держателю сплавом Вуда (этот металл плавится в кипящей воде), графит можно взять из любого достаточно жёсткого карандаша, очень удобны продающиеся сменные грифели для карандашей.
Нажим регулируют с помощью небольшого винтика. Являясь токовым устройством, в схеме термоспай подключается последовательно с конденсатором, и при наличии высокочастотных колебаний в цепи термоспай нагревается и в результате образуется небольшая разность потенциалов, которая и заряжает конденсатор, который затем разряжается через головные телефоны.
С хорошим кристаллом галенита детектора работает очень стабильно, но прохождение сильных атмосферных помех иногда выводит его из строя, очевидно этот детектор ведёт себя как когерер и поверхности электродов слегка свариваются вместе. Если контакт графит-галенит временно разъединить, а затем вернуть в прежнее положение, то чувствительность детектора полностью восстанавливается.
Магнитный детектор
Магнитный детектор Маркони состоит из бесконечной ленты, которая содержит 70 нитей железной проволоки №40 (0,08 мм), покрытой шёлком. Лента проходит через два шкива, которые приводятся во вращение часовым механизмом, и в какой-то момент каждая точка ленты проходит через стеклянную трубку, на которую намотан медный провод №36 (0,13 мм) в шёлковой изоляции, длина обмотки около двух сантиметров. Это первичная обмотка, к её концам подсоединены клеммы. Над этой обмоткой помещена катушка со вторичной обмоткой, намотанная тем же проводом, сопротивление обмотки составляет 140 Ом, концы обмотки подсоединены к клеммам, к которым подключаются головные телефоны. Над катушками размещаются два подковообразных магнита с одноимёнными полюсами, расположенными рядом, как показано на рисунке 9-1 . Принцип работы детектора основан на том, что электрические колебания могут влиять на магнитный гистерезис железа. Рисунок 9-2 , возможно, поможет разобраться в принципе работы детектора. Предположим, что кусок мягкого железа от трансформатора переменного тока подвергается намагничиванию силой Н, которая вначале увеличивается до максимума, затем опускается до нуля, далее достигает отрицательного максимума и снова снижается до нуля, мы обнаружим, что если на одной оси графика откладывать величину намагничивающей силы Н, а по другой оси - плотность силовых линий В, то кривая примет вид, показанный на рис. 9 . Начиная с нуля, если намагничивающая сила постепенно увеличивается до максимума и если мы будем отмечать величину плотности потока для каждого приращения намагничивающей силы, то получаем кривую 0, 1. Если же сила снизилась до нуля, то кривая не вернётся обратно в исходную позицию, но будет следовать в направлении 1, 2, и если теперь железо подвергнуть действию намагничивающей силы обратной полярности, то кривая займёт положение 2, 3, 4, 5. Таким образом видно, что магнитное воздействие на железо из-за гистерезиса отстаёт от намагничивающей силы, и что после намагничивания железо сохраняет свой магнетизм в течение некоторого времени после действия намагничивающей силы. Именно это отставание и нейтрализуют электрические колебания, проходящие через первичную обмотку.
Рассмотрим теперь сам магнитный детектор. Лента из мягкого железа, проходящая перед полюсами двух постоянных магнитов, и по мере того, как каждая часть ленты проходит перед этими полюсами, она намагничивается и под действием часового механизма эти намагниченные части движутся далее. Если теперь электрические колебания пройдут через первичную обмотку, то гистерезис ленты исчезнет и та намагниченная часть ленты, которая вышла из поля магнита, размагнитится и произойдёт перераспределение силовых линий через вторую обмотку, что приведёт к возникновению в ней тока, а поскольку головные телефоны соединены со вторичной обмоткой, то и в них будет протекать этот ток, который можно будет услышать.
На Рисунке 10 показан аппарат производства компании Маркони, здесь видно, что имеется два набора катушек и магнитов, а часовой механизм и подвижная металлическая лента являются общими для них. В случае выхода из строя детектора на одной стороне можно будет легко переключиться на другую сторону. С левой стороны прибора находится заводной ключ и ключ для включения или остановки, регулировочный винт справа наверху предназначен для регулирования натяжения подвижной железной ленты.
Рис. 10. Магнитный детектор Маркони (со снятой крышкой) и телефонный конденсатор
На Рисунке 11 изображена схема детектора и показаны магниты в положении наибольшей чувствительности, то есть с одноимёнными полюсами друг к другу. Хотя в этом положении система очень чувствительна, но шум, иногда слышимый в телефонах, очень мешает при приёме слабых сигналов.
Этот недостаток может быть преодолён путём размещения магнитов, как показано на рисунке 12 , при этом магниты расположены противоположными полюсами друг к другу, и кроме того, край одного из магнитов находится чуть выше края другого путём отодвигания магнита от ленты, лучшее положение находится экспериментально. Магниты, используемые в этом детекторе, с одной стороны ярко отполированы, а с другой зачернены. Когда обе отполированные или зачернённые стороны находятся спереди, то магниты будут повёрнуты друг к другу одноимёнными полюсами, когда же спереди находится одна отполированная и одна зачернённая стороны, то магниты будут расположены друг к другу разноимёнными полюсами. Практическое использование этого детектора зарекомендовало его высокую надёжность. Он также имеет хорошую чувствительность и практически не требует никакого ухода кроме периодической подзаводки. Именно магнитный детектор Маркони был установлен на затонувшем лайнере "Титаник".
Телефонные трубки
Телефонные трубки для приёма беспроводных сообщений по существу не отличаются от обычных коммерческих. Отличие имеется только в незначительных деталях конструкции. Как известно, телефонная трубка в основном состоит из постоянного подковообразного магнита, на полюсах которых установлено расширение из мягкого железа, на которые установлены катушки с обмотками из изолированной медной проволоки, эти две катушки соединены последовательно, и концы обмоток подключены к клеммам. Непосредственно перед полюсами, близко к ним, расположен гибкий диск (мембрана) из мягкого железа, закреплённый жёстко по краям. На рисунке 13 конструкция показана наглядно. Две такие телефонные трубки, соединённые последовательно и прикреплённые к соединительной дуге, образуют головные телефоны (наушники). Телефоны, как правило, применяются в схемах с высокоомным детектором, их эффективность зависит от ампер-витков, обычно их обмотки имеют гораздо более высокое сопротивление, чем у обычных коммерческих телефонов, сопротивление обмоток может находиться в пределах от 500 Ом до 5 кОм и зависит от типа схемы, в которой они будут использоваться. Поскольку медным проводом в шёлковой или бумажной изоляции было бы невозможно получить необходимое количество витков в небольшом пространстве катушек, то катушки намотаны медным эмалированным проводом, который занимает гораздо меньше места.
Рис. 13. Устройство телефонной трубки.
Телефонные трубки признаны одним из самых чувствительных приборов из когда-либо изобретённых для определения наличия электрического тока, о их чувствительности можно судить по тому, что прерывистый ток величиной всего несколько микроампер производит легко слышимый в трубках звук. Громкость звука, однако, зависит не только от величины тока, но и от его частоты. Было установлено, что телефонная трубка имеет максимальную чувствительность на частотах, лежащих между 600 и 1000 Гц. Это, несомненно, связано с тем, что собственная частота мембраны примерно такого же порядка, а также, возможно, играет роль тот факт, что человеческое ухо лучше всего воспринимает звуки, лежащие на этих частотах.
Устройство приёмникаЕго не удовлетворял метод Герца, в котором индикатором колебаний была маленькая искра, рассматриваемая в лупу, он искал новый, практичный и чувствительный детектор колебаний. Так им был сконструирован специальный механический радиометр, воздушный термометр, но все эти индикаторы мало удовлетворяли Попова. Несомненно, что в это время он думал о практическом приложении воли Герца, Поэтому он с особой остротой воспринимал всё новое в области детектирования электрических колебаний.
В 1890 г. появилось сообщение французского физика Эдуарда Бранли о наблюдённом им воздействии электрического разряда на проводимость металлических порошков (железа, алюминия, сурьмы, кадмия, цинка, висмута и т. д.). Бранли писал: Если сделать контур, состоящий из элемента Даниэля, чувствительного гальванометра, металлического проводника и эбонитовой пластинки с нанесённой медью или трубочки с опилками, то большей частью проходит лишь ничтожный ток. Однако сопротивление резко уменьшается, что видно по сильному отклонению гальванометра, если вблизи контура произвести один или несколько разрядов. //М. А. Шателен, Русские электротехники, стр. 291.//
В 1894г. Бранли описал более подробно это явление в статье. Однако ни в первом, ни во втором сообщении не подчёркивается и даже не указывается роль электрических колебательных процессов в изменении проводимости, и вопрос о применении этого явления в качестве индикатора колебаний даже не ставится.
В качестве индикатора колебаний трубка с опилками была применена О. Лоджем в 1894 г. и названа им. , - писал Лодж. Сообщение Лоджа произвело на Попова огромное впечатление. Его сотрудник П. Н. Рыбкин писал по этому поводу: Я до сих пор помню, с каким волнением показывал А. С. мне номер журнала, в котором была помещена статья Лоджа, где он описывал свои знаменитые опыты по применению открытия Бранли к устройству когерера для обнаруживания при помощи его электрических колебаний .
Легко попять и волнение и дальнейшие творческие искания Попова: наметился путь решения большой задачи. К весне 1895 г. первый в мире приёмник электрических колебаний был создан. 25 апреля (7 мая) 1895 г. на 151-м (201-м) заседании Физического отделения Русского физико-химического общества А. С. Попов сделал доклад. Содержание доклада, дополненное протоколами испытаний по регистрации атмосферных разрядов, произведённых Г. А. Лобачевским с прибором Попова в Лесном институте летом 1895 г., составило предмет статьи Попова, представленный в декабре 1895 г. в журнале Русского физико-химического общества и появившийся в первом номере этого журнала за 1896 г. Приёмник Попова описан им в этой статье следующим образом:
Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на лёгкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своём действии он мог давать лёгкие удары молоточком посередине трубки, защищённой от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.
Действует прибор следующим образом. Ток батареи 4-5 в постоянно циркулирует от зажима Р к платиновой пластинке А, далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке В и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка AВ подвергается действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится и ток увеличится настолько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнётся и звонок начнёт действовать, но тотчас же сотрясённая трубка опять уменьшит её проводимость, и реле разомкнёт цепь звонка. \\ , АН СССР, 1945, стр. 60.\\
Из опытов, приведённых Поповым для испытания чувствительности приёмника, особенно важны два первых:
1) Прибор отвечает на разряды электрофора через большую аудиторию, если параллельно направлению разряда провести от точки А или В проволоку длиной около 1 метра, для увеличения энергии, достигающей опилок.
2) В соединении с вертикальной проволокой длиной в 2,5 метра прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведённым большим герцевым вибратором (квадратные листы 40 сантиметров в стороне) с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен
.
Из выделенных нами мест статьи Попова ясно видно, что в 1895 г. он принимал радиоволны на расстоянии 60 м на приёмную антенну своего приемника. В той же статье Попов так характеризует область применения его прибора:
Прибор, обладающий такой чувствительностью, может служить для различных лекционных опытов с электрическими колебаниями и, будучи закрыт металлическим футляром, с удобством может быть приспособлен к опытам с электрическими лучами...
Другое применение прибора, которое может дать более интересные результаты, будет его способность отмечать электрические колебания, происходящие в проводнике, связанном с точкой А или В (на схеме), в том случае, когда этот проводник подвергается действию электромагнитных пертурбаций, происходящих в атмосфере. Для этого достаточно прибор, защищённый от всяких других действий, связать с воздушным проводом, проложенным вдали от телеграфов и телефонов, или же со стержнем громоотвода
. Перед нами ясная картина экранированного приемника, регистрирующего электромагнитные сигналы, поступающие в приёмную антенну. И вполне закономерным является заключительный вывод автора: Б заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применён к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией
.
Таким образом, А. С. Попов не только ясно представляет возможность радиотелеграфии, но и указывает путь, которым может быть решена эта задача: получение мощных передатчиков сигналов. 12 (24) марта 1896 г. А. С. Попов продемонстрировал первую в мире радиопередачу и приём осмысленного текста из одного здания в другое на расстояние около 250 м. Из химической аудитории Петербургского университета в физическую, где происходило заседание Физического отделения физико-химического общества, была передана радиограмма: . Акад. В. Ф. Миткевич так вспоминает об этом историческом дне: Памятное, заседание происходило днём в воскресенье в большой аудитории старой физической лаборатории во дворе Петербургского университета. В этой скромной рядовой аудитории была установлена радиоприёмная станция с аппаратом Морзе.
На расстоянии 250 м в новом здании химической лаборатории университета находилась отправительная станция, питавшаяся катушкой Румкорфа. Около нее дежурил ближайший помощник А. С. Попова - П. Н. Рыбкин.
Среди присутствующих на заседании были представители Морского ведомства и виднейшие русские физики-электрики того времени: О. Д. Хвольсон, И. И. Боргман, А. И. Садовский, В. К. Лебединский, М. А. Шателен, А. Л. Гершун, Г. А. Любославский, Ы. Н. Георгиевский, Н. А. Смирнов, В. В. Скобельцын, Н. А. Булгаков, Н. Г. Егоров и Ф. Ф. Петрушевский. Перед заседанием все собравшиеся ознакомились с устройством радиоприёмной станции, а затем, усевшись на студенческих скамьях, с волнением приготовились к опыту передачи телеграммы без проводов.
Заседание открыл старейший физик Ф. Ф. Петрушевский, предоставив слово А. С. Попову. После 30-40-минутного доклада изобретатель послал кого-то из присутствовавшей молодёжи на отправительную станцию к П. Н. Рыбкину с указанием начать радиопередачу.
Атмосфера в физической лаборатории стала напряжённой. Все собравшиеся сознавали, что присутствуют при демонстрации изобретения, будущее которого уже тогда представлялось величайшим. Волнение участников заседания увеличилось еще тем, что текст первой в мире телеграммы был известен только Попову и Рыбкину. Сохраняя внешнее спокойствие, изобретатель с улыбкой наблюдал за тем, с каким напряжённым вниманием все присутствующие следили за медленно появляющимися на ленте приёмника Морзе буквами, которые Петрушевский повторял мелом на большой аудиторной доске.
Процесс передачи более детально описывает О. Д. Хвольсон. Передача происходила таким образом, что буквы передавались по алфавиту Морзе и притом знаки были ясно слышны. У доски стоял председатель Физического общества проф. Ф. Ф. Петрушевский, имея в руках бумагу с ключом к алфавиту Морзе и кусок мела. После каждого передаваемого знака он смотрел в бумагу и затем записывал на доске соответствующую букву. Постепенно на доске получились слова Heinrich Hertz и притом латинскими буквами. Трудно описать восторг многочисленных присутствующих и овации А. С. Попову, когда эти два слова были написаны .Так начало свою жизнь одно из величайших изобретений человеческого гения. Великий изобретатель увековечил в первой радиограмме того, кто первым в мире наблюдал электромагнитные волны. А. С. Попов был первым человеком, заставившим эти волны служить человеку.
Попов находился на службе Морского военного ведомства и имел инструкции не разглашать своего открытия. Поэтому запись об историческом дне согласно его указанию была сделана в протоколах общества в такой форме: (ЖРФХО, 1896, т. XXVIII, стр. 124).
Литературные источники:
А.И.Берг. М.И.Радовский, "Изобретатель радио А. С. Попов", Госэкергоиздат, 1950, стр. 70
История физики. Кудрявцев П.С. - М:. Учпедгиз. 1956. с.234-235.
