Текст книги "Приключения радиолуча"
Автор книги: Валерий Родиков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 9 (всего у книги 23 страниц)
«ЭТО ОСКОРБЛЕНИЕ СМОЕТ ТОЛЬКО КРОВЬ!»
В опытах с ламповыми усилителями «выплыла» одна из важнейших для радиотехники проблем – проблема обратной связи. Она касается не только радиотехники, а имеет довольно общий характер. Суть ее в том, что результат какого-либо процесса из-за определенных связей влияет на его ход или, как говорят специалисты, выход влияет на вход. Если процесс усиливается, то обратная связь называется положительной, если ослабевает, стабилизируется, то отрицательной.
Врезалось мне в память забавное пояснение принципа обратной связи в одном из популярных журналов, которое довелось видеть лет двадцать назад. На рисунке был изображен мушкетер, которому наступают на ногу. Какова будет реакция мушкетера на такое внешнее воздействие? Положительную обратную связь художник изобразил следующим образом. Несмотря на извинение, мушкетер хватается за шпагу и кричит: «Это оскорбление смоет только кровь!» Реакция довольно бурная. Мушкетер «загенерировал». При отрицательной обратной связи мушкетер подавил в себе раздражение, он сама любезность: «Ну что вы, это такой пустяк».
Многие скачкообразные и лавинные процессы, такие, как, например, взрыв – следствие положительной обратной связи. В разного рода автоколебаниях – незатухающих колебаниях, – возникших от внешнего толчка, тоже работает положительная обратная связь. Известные шимми и флатеры в авиации – пример автоколебаний.
На принципе положительной обратной связи зиждется и явление вынужденного излучения, на котором основана работа лазеров и мазеров. Химические и ядерные цепные реакции, смычковые инструменты и орган, депрессии и кризисы в экономике – вот только некоторые примеры, где работает принцип положительной обратной связи. Перечисленные проявления – следствие так называемой внутренней обратной связи, свойственной самому процессу, взаимосвязям между его элементарными актами. Внешняя же обратная связь, как положительная, так и отрицательная, вводится специальной электрической цепью или каким-либо регулятором.
В системах автоматического регулирования обратная связь, как правило, отрицательная, ибо ее задача уменьшить отклонения от заданного режима работы. Автопилоты, системы наведения ракет на цель, радиолокаторы слежения за целью – лишь крошечная толика устройств, где используется отрицательная обратная связь.
Интересно, что и сам-то термин «обратная связь» возник при исследовании ламповых усилителей. Сейчас трудно точно сказать, кому первому пришла счастливая мысль электрически связать выход усилителя с его входом, или, иначе, как говорят радиоинженеры, охватить усилитель обратной связью. Да такой, чтобы сигнал на его выходе резко возрос, то есть положительной связью, что возможно в том случае, если сигнал, поступающий на вход усилителя с его выхода, по фазе совпадает с входным. Если сигнал будет в противофазе, то обратная связь будет отрицательной и усиление уменьшится.
Исследования велись одновременно и независимо в разных странах. В результате в 1912—1913 годах появились достаточно чувствительные радиоприемники регенеративного типа, которые широко применялись в первую мировую войну.
Положительная обратная связь достигалась в приемниках довольно просто. Надо было только подать часть сигнала с анода триода, который служил одновременно и детектором и усилителем, на его вход, то есть на сетку лампы. Усиление триода сразу же возрастало. Чем больше сигнал с выхода триода на его вход, тем чувствительнее становился приемник. Но было замечено: если переборщить с величиной сигнала обратной связи, Подать его чуть больше некоторого, вполне определенного для данной схемы значения, то регенератор перестает усиливать принимаемые сигналы и сам начинает генерировать свои собственные колебания. Так был открыт ламповый генератор незатухающих колебаний. В 1913 году А. Мейсснер в Германии подал на него заявку на изобретение. Правда, опубликован патент был лишь после окончания войны – в 1919 году. В Германии многие материалы по радиотехнике засекречивались. Тем не менее открытие уже вызрело само по себе, и никакими ограничениями на публикации его нельзя было отменить. Позже, в 1914 году, и в других странах появились сообщения о триодном генераторе, в частности, публикация все того же Фореста.
Интересно, что даже тогда выяснить, кто первым сказал А, оказалось непросто. Например, между двумя американскими компаниями судебная тяжба о приоритете на регенеративный приемник длилась весьма долго. С одной из компаний сотрудничал Ли де Форест, с другой – молодой способный инженер, оставивший след в радиотехнике, Эдвин Армстронг.
В 1913 году Армстронг опубликовал несколько схем регенеративных приемников, которые позднее широко использовали радиолюбители США. Одну из подобных схем запатентовал и де Форест. В результате 20-летнего судебного разбирательства право первенства было признано за де Форестом. Но решение суда убедило далеко не всех. И по сей день изобретение регенератора многие связывают с именем Армстронга.
В то время прямо-таки гнались за повышением чувствительности, усиления. Это давала положительная обратная связь. Отрицательную же обратную связь начали применять во второй половине 20-х годов, когда стали обращать внимание на качество воспроизведения речи, в особенности, когда получила распространение многоканальная связь. Радиолампа, усиливавшая одновременно несколько сигналов от разных каналов, при пиковых нагрузках (например, в те моменты, когда сразу говорят все абоненты) «залезала» в нелинейный режим. И тут же рождались новые частотные компоненты. Такое явление назвали кросс– (или иначе – перекрестно) модуляцией. Из-за нее разговор между абонентами в одном канале прослушивается в других.
Отрицательная обратная связь позволила бороться с такой перегрузкой. Хоть усиление и уменьшилось, зато режим усилителя становился линейным, то есть сигналы усиливались без искажений. А уменьшение усиления компенсировалось увеличением числа усилительных каскадов.
МАВР СДЕЛАЛ СВОЕ ДЕЛО…
Электронная лампа в передатчиках прижилась не сразу. У нее, пока еще маломощной, была сильная конкуренция. Во-первых, со стороны дуговых генераторов, в которых высокочастотные колебания возбуждались электрической дугой. Они пришли на смену искровым передатчикам Попова и Маркони. Электрическая дуга в отличие от искры давала незатухающие высокочастотные колебания, поэтому и дальность связи сразу же возросла.
Хотя использовать электрическую дугу для получения высокочастотных колебаний предложил еще в 1900 году англичанин Дуддель, она, как и электронная лампа, не сразу была признана. Искровые передатчики были довольно просты, дешевы и надежны. От добра, как говорится, добра не ищут.
Оперативнее всех оказались немцы. В 1902 году датский инженер В. Паульсен предложил удачную конструкцию дугового генератора. Немецкое командование воспользовалось изобретением: установило новые генераторы на флоте. Но до особого распоряжения опечатало их. Пока же немецкие моряки пользовались искровыми передатчиками. Приказ пришел через… десять лет, когда началась первая мировая война.
В первые же дни войны русские, английские и французские радисты были озадачены. Они не могли перехватить ни одно из сообщений противника. Немецкие станции будто исчезли из эфира. Между тем они работали на полную мощность.
Разобрался в причине таинственного исчезновения инженер-электрик (впоследствии академик) Михаил Васильевич Шулейкин. Он предположил (и его догадка оказалась правильной), что немцы стали использовать для связи незатухающие колебания. А приемники, рассчитанные на затухающие колебания искровых радиопередатчиков, на них не реагировали. В наушниках – либо тишина, либо какие-то трески, похожие на атмосферные разряды. Михаил Васильевич сделал специальную приставку, и приемник вновь обрел слух. Такие устройства называли тиккерами. Они прерывали ток в телефонной цепи со звуковой частотой, и во время детектирования незатухающих колебаний вместо постоянного тока (не воспринимаемого телефоном) появлялась звуковая частота.
Дуговые передатчики использовались довольно широко. Среди них были и небольшие – мощностью в несколько киловатт, и гиганты на тысячу и более киловатт. Последние были весьма громоздкими сооружениями. Так, на радиостанции в Бордо мощностью 1000 киловатт генератор Паульсена весил 80 тонн, а на радиостанции в Пирл-Харборе мощностью 500 киловатт – 54 тонны.
Всем нам знакома ажурная конструкция Шуховской башни, на многие годы ставшая эмблемой советского радио. Сооружена она была в первые годы Советской власти. 30 июля 1919 года Совет Труда и Обороны принял специальное постановление, подписанное В. И. Лениным: «Для обеспечения надежной и постоянной связи центра Республики с западными государствами и окраинами Республики поручается Народному Комиссариату почт и телеграфов установить в чрезвычайно срочном порядке в г. Москве радиостанцию, оборудованную приборами и машинами, наиболее совершенными и обладающими мощностью, достаточной для выполнения указанной задачи».
Именно во исполнение постановления и была построена на Шаболовке, в то время окраинной улицы Москвы, 150-метровая металлическая башня конструкции инженера Владимира Григорьевича Шухова.
Ушло на нее всего 240 тонн металла, да и его удалось собрать в запасах военного ведомства лишь с огромным трудом. Для своего детища Шухов разработал не только проект, но и удивительно простую технологию сборки. Металлические секции, а всего их было шесть, собирались на земле, а потом готовую секцию поднимали с помощью пяти ручных лебедок сквозь верхнее кольцо предыдущей секции и скрепляли их болтами. Есть свидетельства, что за строительством башни наблюдал из окна своего кабинета в Кремле В. И. Ленин.
Башня послужила одной из опор антенны Московской дуговой радиостанции мощностью 100 киловатт. Функционировать станция начала 19 марта 1922 года. Генераторных ламп большой мощности в то время не было, и потому был взят дуговой передатчик. Основное назначение новой станции – радиотелеграфная связь, поскольку, кроме ламповых, все остальные передатчики мало подходят для передачи речи.
Вторым, и более серьезным для лампы конкурентом были машины высокой частоты. По существу, это обычные электромоторы переменного тока, но специально предназначенные для высоких частот. Чтобы получить ток высокой частоты, многополюсный стальной ротор генератора приводился во вращение с очень большой скоростью. Если частота оказывалась недостаточной, то ее умножали, как в самой машине, так и с помощью специальных трансформаторов.
Много оригинальных конструкций электрических высокочастотных машин создал русский инженер В. П. Вологдин. В советское время в Нижегородской радиолаборатории он построил к 1922 году машинный радиогенератор мощностью 50 киловатт, а в 1925 году – уже на 150 киловатт. Обе машины работали на Октябрьской радиостанции в Москве в 1924—1926 годах.
Именно 150-киловаттная машина обеспечивала радиотелеграфную связь Москвы с Нью-Йорком на длинных волнах.
Век машинных передатчиков оказался более долгим, чем дуговых. Еще до недавнего времени машины высокой частоты с успехом использовались для радиочастотной плавки и закалки стальных изделий. В 1952 году Вологдин был удостоен Государственной премии за участие в разработке… кузнечного цеха. Новинкой в кузнечном деле были его высокочастотные машины, которые с помощью индукционных токов разогревали кузнечные заготовки. Не надо было огнедышащих отравляющих атмосферу горнов. Грохочущие молоты заменили прессами.
Кроме этих двух конкурентов – дуги и электромашины, – был еще и третий – искровые передатчики. Они пока не ушли из радиотехники, их мощность была достаточной по тем временам.
В истории науки и техники есть, видимо, своя неумолимая логика развития, и каковы бы ни были на первый взгляд причудливые ее зигзаги, все потом возвращается на круги своя. Не открыл бы триод Ли де Форест, это обязательно сделал бы в скором времени кто-нибудь другой. Или, например, кристаллический, или, иначе, полупроводниковый диод и его вакуумный собрат появились почти одновременно, но закономерно, что сначала прошла эра электронных вакуумных ламп, а потом пришла эра транзисторов. Причем подошла именно к тому времени, когда промышленность была подготовлена к получению полупроводниковых материалов высокой частоты.
В конечном счете дуга и электромашина вынуждены были уступить свое место электронной лампе. Возможности их были ограниченны, с ними радиотехника не вышла бы на новые рубежи. Как говорится, мавр сделал свое дело, мавр может уйти. Дуговые и машинные передатчики – своего рода динозавры в радиотехнике. Им неизбежно предстояло исчезнуть. Но дело свое эти передатчики действительно сделали. Радиоинженеры научились принимать незатухающие колебания, проникли в некоторые тайны распространения радиоволн… В этом и состоит историческая заслуга дуговых и машинных радиогенераторов.
СЕНСАЦИЯ НА ВЫСТАВКЕ В СТОКГОЛЬМЕ
А генераторные лампы, предназначенные специально для передатчиков, становились все мощнее. Внесли свою лепту в их развитие и отечественные ученые. Первую русскую генераторную лампу построил в 1914 году Николай Дмитриевич Папалекси. В 1915 году при помощи передатчика, собранного на «лампе Папалекси», была установлена радиотелефонная связь между Царским Селом и Петроградом.
В том же году Армстронг передал человеческую речь через океан из Арлингтона в Париж. Он использовал ламповый генератор и регенеративный приемник.
Многое сделал в области мощных генераторных ламп Михаил Александрович Бонч-Бруевич. В 1918 году он, бывший царский офицер-радист, стал одним из ведущих специалистов, а позднее и руководителем организованной при содействии В. И. Ленина Нижегородской радиолаборатории. Она, по существу, стала первым советским научно-исследовательским институтом в области радио.
2 декабря 1918 года вождь революции подписал «Положение о радиолаборатории с мастерской НКПиТ». В нем, в частности, говорилось: «Радиолаборатория с мастерской Народного комиссариата почт и телеграфов является первым этапом к организации в России Государственного социалистического радиотехнического института, конечной целью которого является объединение в себе и вокруг себя в качестве организующего центра:
– всех научно-технических сил России, работающих в области радиотелеграфа;
– всех радиотехнических учебных заведений России;
– всей радиотехнической промышленности России».
Советская Россия находилась в кольце блокады, и работники лаборатории не имели никакой информации о новинках зарубежной радиотехники. Работать приходилось в условиях гражданской войны и разрухи. Дело тем не менее двигалось. В 1919 году сотрудники Нижегородской радиолаборатории собрали макет радиотелефонного передатчика. Хотя его мощность, отдаваемая в антенну, была всего 20 ватт, однако ее хватало, чтобы установить связь с Москвой. Необходимо было форсировать работы. Бонч-Бруевич обратился к Ленину с просьбой о помощи. Ленин сделал необходимые распоряжения и в неимоверной круговерти горящей повседневности нашел время ответить. В письме, в частности, было сказано:
«Пользуюсь случаем, чтобы выразить Вам глубокую благодарность и сочувствие по поводу большой работы радиоизобретений, которую Вы делаете. Газета без бумаги и «без расстояний», которую Вы создаете, будет великим делом. Всяческое и всемерное содействие обещаю Вам оказывать этой и подобным работам.
С наилучшими пожеланиями, В. Ульянов (Ленин)».
Осенью 1920 года должен был состояться радиотелефонный диалог между Москвой и Берлином. В то время между столицами была только радиотелеграфная связь. И вот на Ходынском поле в эфир вышел изготовленный в Нижнем Новгороде тот самый макет радиопередатчика. Диалога не вышло, получился монолог. В Берлине голос Москвы слышали, но ответить не смогли. Директор фирмы «Телефункен», сославшись на неисправность, обещал ее устранить и ответить через две недели. Однако в 1920 году обещанная передача из Берлина так и не состоялась. Не хватило мощности у передатчика. Ответ пришел лишь в октябре 1923 года, а генератором волн служила не электронная лампа, а машина высокой частоты.
Владимир Ильич внимательно следил и за работами лаборатории, и за зарубежными новинками в области радио. Об этом свидетельствуют многие документы.
Вот, в частности, один из них, в котором ярко проявилась его заинтересованность и забота о новой области техники.
«Товарищу Сталину с просьбой вкруговую всем членам Политбюро.
Товарищ Сталин, прилагаю два доклада: первый – профессора Осадчего, специалиста по электричеству, радиотелеграфной и телефонной связи, второй – Бонч-Бруевича (не родственника известных братьев Бонч-Бруевич, из которых один был управдел СНК, а другой выдающимся царским генералом). Этот Бонч-Бруевич, доклад которого я прилагаю, – крупнейший работник и изобретатель в радиотехнике, один из главных деятелей Нижегородской радиолаборатории.
Из этих докладов видно, что в нашей технике вполне осуществима возможность передачи на возможно далекое расстояние по беспроволочному радиосообщению живой человеческой речи; вполне осуществим также пуск в ход многих сотен приемников, которые были бы в состоянии передавать речи, доклады и лекции, делаемые в Москве, во многие сотни мест по республике, отдаленные от Москвы на сотни, а при известных условиях и на тысячи верст.
Я думаю, что осуществление этого плана представляет для нас безусловную необходимость как с точки зрения пропаганды и агитации, особенно для тех масс населения, которые неграмотны, так и для передачи лекций. При полной негодности и даже вредности большинства допускаемых нами буржуазных профессоров по общественным наукам у нас нет иного выхода, как добиться того, чтобы наши немногие коммунистические профессора, способные читать лекции по общественным наукам, читали эти лекции для сотен мест во всех концах федерации.
Поэтому я думаю, что ни в коем случае не следует жалеть средств на доведение до конца дела организации радиотелефонной связи и на производство вполне пригодных к работе громкоговорящих аппаратов.
Предлагаю вынести постановление об ассигновании сверх сметы в порядке экстраординарном до 100 тысяч рублей золотом из золотого фонда на постановку работ Нижегородской радиолаборатории, с тем, чтобы максимально ускорить доведение до конца начатых ею работ по установке вполне пригодных громкоговорящих аппаратов и многих сотен приемников по всей республике, способных повторять для широких масс речи, доклады и лекции, произносимые в Москве или другом центре.
Поручить СТО установить особый надзор за расходованием этого фонда, и, может быть, если окажется целесообразным, ввести премии из указанного фонда за особо быстрый и успешный ход работы.
Добавлю, что сегодняшние «Известия» сообщают об английском изобретении в области радиотелеграфии, передающем радиотелеграммы тайно. Если бы удалось купить это изобретение, то радиотелефонная и радиотелеграфная связь получила бы еще более громадное значение для военного дела.
Ленин».
15 сентября 1922 года в газете «Известия» было опубликовано сообщение:
«Центральная радиотелефонная станция послала следующую телеграмму:
Всем, всем, всем!
Настройтесь на волну 3000 метров и слушайте!
В воскресенье, 17 сентября, в 3 часа по декретному времени на Центральной радиотелефонной станции Наркомпочтеля состоится первый радиоконцерт.
В программе – русская музыка…»
Этим концертом, который прошел с большим успехом, начались передачи Московской радиотелефонной станции, получившей впоследствии наименование Радиостанции имени Коминтерна. И передатчик, и сами радиолампы были разработаны Бонч-Бруевичем и изготовлены в Нижегородской радиолаборатории. Станция была самой мощной в мире. Ее мощность в радиотелефонном режиме достигала 12 киловатт. Радиостанция в Нью-Йорке в это же время имела мощность всего 1,5 киловатта, а станции во Франции и Германии – по 5 киловатт. Московскую радиостанцию слышали на очень больших расстояниях. Она также использовалась Для передачи материалов РОСТА (Российского телеграфного агентства), которые принимались редакциями Местных газет.
8 декабря 1922 года по радио впервые передавались речи Ленина, записанные на граммофонные пластинки. Вскоре после смерти Владимира Ильича Нижегородской радиолаборатории присвоили имя В. И. Ленина.
В 1925 году Нижегородская лаборатория и трест заводов слабого тока приняли участие в выставке в Стокгольме. Все шведские газеты поместили статьи 0 советских экспонатах, отметили «высокое состояние русской радиотехники». В центре внимания оказалась большая 25-киловаттная лампа с водяным охлаждением. Никто из иностранцев и не подозревал, что Россия могла производить такие приборы.
В 1926—1927 годах на Шаболовке установили самый мощный в то время радиовещательный передатчик «Новый Коминтерн». Мощность, отдаваемая в антенну, составляла 40 киловатт. За его создание Нижегородскую радиолабораторию наградили в 1928 году вторым орденом Трудового Красного Знамени. Вот некоторые цифры тогдашней статистики, которые показывают динамику обновления радиопередающих центров. В 1927 году из 58 действовавших в стране передатчиков 38 были искровыми, 11 – ламповыми, 8 – дуговыми и 1 – машинным. В 1933 году дуговые практически перестали существовать, искровых осталось только 3 процента, а 97 – были ламповыми. К концу второй пятилетки уже все радиопередатчики стали ламповыми и более мощными. В том же, 1933 году в строй вступила 500-кило-ваттная станция. К 1941 году в стране работало свыше 100 мощных радиовещательных станций. В суровое военное время в 1943 году была построена крупнейшая в мире средневолновая радиовещательная станция мощностью 1200 киловатт.
Не только большими мощностями славилось отечественное радиостроение. Наши инженеры, как правило, находили собственные оригинальные решения. Уже в начале 1920 годов фирма «Телефункен» заказала у Бонч-Бруевича мощные генераторные лампы. Позднее при строительстве американской радиостанции мощностью 500 киловатт близ города Цинциннати использовалась советская система построения сверхмощных передатчиков. В Нью-Йоркском телевизионном центре, когда потребовалось высококачественное широкополосное усиление, была применена разработанная в СССР система модуляции. Многие агрегаты и узлы, которыми оснащались передающие центры в СССР, оказывались новинками для американской радиопромышленности.
В 30—40-х годах широкое распространение получили разборные генераторные лампы. Дело в том, что катоды ламп были недолговечны, а все остальные довольно металлоемкие и дорогие конструкции – анод, сетка, система водяного охлаждения – служили долго. Поэтому родилась мысль сконструировать лампу так, чтобы иметь возможность менять вышедшие из строя детали. В пятидесятых годах мощность таких ламп достигла 1000 киловатт. И если раньше большие радиостанции строились по блочному принципу (например, 500-кило-ваттное радиопередающее устройство, установленное на станции имени Коминтерна, собиралось из шести однотипных передатчиков по сто киловатт, и их мощности складывались), то теперь для тысячекиловаттной радиостанции достаточно было одного выходного каскада на такой лампе. Именно в мощных радиопередатчиках, будь то радиовещательные или радиолокационные, лампы пока не уступают своих позиций полупроводникам.
