Audion

En audion  er et elektronisk detekterende eller forstærkende vakuumrør [1] opfundet af den amerikanske elektroingeniør Lee de Forest i 1906 [2] . Det var den første triode [3] , bestående af et evakueret glasrør indeholdende tre elektroder : en opvarmet filament , et gitter og en plade . Det var den første udbredte elektroniske enhed med forstærkning ; et lille elektrisk signal påført gitteret kunne styre en stor strøm, der strømmer fra glødetråden til pladen.

Den originale audion triode havde mere restgas i røret end senere versioner og vakuumrør ; den yderligere restgas begrænsede det dynamiske område og gav audion ikke-lineære karakteristika og variabel effektivitet [4] . Oprindeligt udviklet som en radiodetektor [5] ved at tilføje en mesh-elektrode til en Fleming-ventil , så den ikke meget brugbart, indtil dens forstærkerkraft blev anerkendt i 1912 af flere efterforskere. Derefter blev den brugt til at skabe de første radiomodtagere og elektroniske generatorer [6] . Adskillige praktiske forstærkningsapplikationer motiverede dens hurtige udvikling, og den originale audion blev i løbet af få år erstattet af forbedrede versioner med renere vakuum [7] .

Historie

Fra midten af ​​det 19. århundrede var det kendt, at brændende gas havde elektrisk ledningsevne , og tidlige trådløse eksperimentatorer bemærkede, at denne ledningsevne var påvirket af tilstedeværelsen af ​​radiobølger . De Forest fandt ud af, at en gas i et delvist vakuum , opvarmet af en almindelig glødepære , opførte sig på nogenlunde samme måde, og at hvis en ledning blev viklet rundt om en glasmontre, kunne enheden fungere som en radiosignaldetektor. I hans originale design blev en lille metalplade forseglet i lampehuset, som var forbundet til den positive terminal på et 22-volts batteri via et par hovedtelefoner , den negative terminal var forbundet til den ene side af lampens glødetråd. Når trådløse signaler blev påført en ledning viklet rundt om glassets yderside, forårsagede de forstyrrelser i strømmen, der producerede lyde i hovedtelefonerne.

Dette var en væsentlig udvikling, da eksisterende kommercielle trådløse systemer stort set var beskyttet af patenter ; en ny type detektor ville give De Forest mulighed for at markedsføre sit eget system. Han fandt til sidst ud af, at tilslutning af antennekredsløbet til en tredje elektrode placeret direkte i strømvejen i høj grad øgede følsomheden; i sine tidlige versioner var det bare et stykke tråd bøjet til en gitterform.

Audion gav stigningen i kraft; med andre detektorer skulle al strøm til at betjene hovedtelefonerne komme fra selve antennekredsløbet. Som følge heraf kunne svage sendere høres over lange afstande.

Patenter og tvister

De Forest og andre ingeniører på det tidspunkt i høj grad undervurderede potentialet af deres originale enhed, idet de troede, at det ville være begrænset til hovedsagelig militære applikationer. Det er bemærkelsesværdigt, at han tilsyneladende aldrig så dets potentiale som en telefonrepeaterforstærker , selvom rå elektromekaniske forstærkere har været telefonindustriens bane i mindst to årtier.

De Forest modtog et patent for sin tidlige to-elektrode-version af Audion den 13. november 1906 ( US Patent 841.386 ), og "triode" (tre-elektrode) versionen blev patenteret i 1908 ( US Patent 879.532 ). De Forest fortsatte med at hævde, at han udviklede audion uafhængigt af John Ambrose Flemings tidligere forskning i termionventiler (som Fleming modtog britisk patent 24850 og US patent 803.684 for ), og De Forest blev involveret i mange radiorelaterede patenttvister. Han omtalte altid vakuumtrioder udviklet af andre forskere som "oscillaudioner", selvom der ikke er bevis for, at han ydede noget væsentligt bidrag til deres udvikling. Sandt nok, efter opfindelsen af ​​vakuumtrioden i 1913 fortsatte De Forest med at designe forskellige typer sende- og modtageenheder. Men mens han generelt beskrev disse enheder som at bruge "lyd", brugte de faktisk højvakuum trioder, ved at bruge et kredsløb, der ligner det, der er udviklet af andre eksperimenter.

I 1914 arbejdede Columbia University -studerende Edwin Howard Armstrong sammen med professor John Harold Morecroft for at dokumentere de elektriske principper for audion. Armstrong offentliggjorde sin forklaring af audion i december 1914, komplet med oscilloskopkredsløb og grafer . I marts og april 1915 talte Armstrong ved Institute of Radio Engineers i New York og Boston og præsenterede sit papir "Some Recent Developments in the Field of Audio Receiver", som blev offentliggjort i september [8] . Kombinationen af ​​disse to værker er blevet genoptrykt i andre tidsskrifter såsom Annals of the New York Academy of Sciences [9] . Da Armstrong og De Forest senere stødte på hinanden over et patent på en regenerativ radiomodtager , argumenterede Armstrong overbevisende for, at De Forest stadig ikke forstod, hvordan han arbejdede [10] . Problemet var, at De Forests originale patenter indikerede, at lavtryksgassen inde i audionen var nødvendig for at den kunne fungere (lyd er en forkortelse for "audio ion"), og faktisk havde tidlige audioner alvorlige pålidelighedsproblemer på grund af det faktum, at denne gas blev adsorberet af metalelektroder . Nogle gange fungerede audionerne meget godt, og nogle gange virkede de knap nok.

Ligesom De Forest selv har adskillige forskere forsøgt at finde måder at øge enhedens pålidelighed ved at stabilisere det delvise vakuum. Meget af den forskning, der førte til skabelsen af ​​ægte vakuumrør, blev udført af Irving Langmuir ved General Electric (GE) forskningslaboratorier .

Kenotron og Pliotron

Langmuir havde længe haft mistanke om, at nogle af de formodede begrænsninger for driften af ​​forskellige lavtryks- og vakuumelektriske enheder måske slet ikke var fundamentale fysiske begrænsninger, men blot på grund af forurening og urenheder i fremstillingsprocessen. Hans første succes var at demonstrere, at glødelamper kunne fungere mere effektivt og holde længere, hvis glaspæren var fyldt med en lavtryks inert gas i stedet for et fuldt vakuum. Dette virkede dog kun, hvis den anvendte gas blev renset grundigt for alle spor af ilt og vanddamp . Opfinderen anvendte derefter samme tilgang til at lave en ensretter til de nyudviklede Coolidge røntgenrør . Igen, i modsætning til populær tro på, at dette var muligt, gennem omhyggelig renlighed og opmærksomhed på detaljer, var han i stand til at skabe versioner af Fleming- dioden , der kunne rette op på hundredtusindvis af volt. Hans ensrettere blev kaldt "Kenotrons" fra det græske keno (tom, der ikke indeholder noget, som i et vakuum) og tron ​​(enhed). Han vendte derefter sin opmærksomhed mod det eustakiske rør , igen i mistanke om, at dets berygtede uforudsigelige adfærd kunne justeres under produktionen. Forskeren valgte dog en noget uortodoks tilgang. I stedet for at forsøge at stabilisere det delvise vakuum, spekulerede han på, om audionen kunne fås til at fungere med kenotronens fulde vakuum, da det var nemmere at stabilisere.

Langmuir indså hurtigt , at hans "vakuum" audion havde markant forskellige egenskaber fra De Forests version og faktisk var en helt anden enhed, i stand til lineær forstærkning og ved meget højere frekvenser. For at skelne sin enhed fra audionen kaldte han den pliotronen, fra den græske plio (mere - i denne forstand betyder forstærkning, mere signal kommer ud end der går ind). I det væsentlige omtalte han alle hans vakuumrørdesign som kenotroner, hvor pliotronen dybest set er en specialiseret type kenotron. Men da pliotronen og kenotronen var registrerede varemærker, havde tekniske forfattere en tendens til at bruge det mere generelle udtryk "vakuumrør". I midten af ​​1920'erne begyndte udtrykket "kenotron" udelukkende at henvise til vakuumrørsensrettere, mens udtrykket "pleotron" gik ud af brug.

Anvendelse i praksis

De Forest fortsatte med at fremstille og levere audion til den amerikanske flåde for at servicere eksisterende udstyr indtil begyndelsen af ​​1920'erne, men andre steder blev de betragtet som virkelig forældede på det tidspunkt. Det var vakuumtrioden , der gjorde praktiske radiotransmissioner til virkelighed. Før fremkomsten af ​​audion brugte radiomodtagere en række forskellige detektorer, herunder coherers , barretters og krystaldetektorer . Den mest populære krystaldetektor bestod af et lille stykke galena krystal , sonderet med en tynd tråd, almindeligvis omtalt som en "kattehårhårdetektor". De var meget upålidelige, krævede hyppige knurhårjusteringer og gav ingen gevinst. Sådanne systemer krævede typisk, at brugeren lyttede til signalet gennem hovedtelefoner , nogle gange ved meget lav lydstyrke, da næsten al den energi, der var til rådighed til at betjene hovedtelefonerne, blev absorberet af antennen. Langdistancekommunikation krævede typisk enorme antenner, og enorme mængder elektrisk strøm blev tilført senderen.

Audion var en væsentlig forbedring i forhold til disse, men de originale enheder kunne ikke levere nogen efterfølgende forstærkning af det detekterede signal. Senere vakuumtrioder gjorde det muligt at forstærke signalet til et hvilket som helst ønsket niveau, som sædvanligvis fodrede det forstærkede output fra en triode ind i nettet på den næste, hvilket til sidst gav mere end nok strøm til at drive en højtaler i fuld størrelse . Derudover var de i stand til at forstærke indgående radiosignaler forud for detektionsprocessen, hvilket gjorde den meget mere effektiv.

Vakuumrør er også blevet brugt til at lave fremragende radiosendere. Kombinationen af ​​meget mere effektive sendere og meget mere følsomme modtagere revolutionerede radiokommunikation under Første Verdenskrig . I slutningen af ​​1920'erne var disse " rørradioer " blevet en integreret del af de fleste husstande i den vestlige verden og forblev så længe efter introduktionen af ​​transistorradioer i midten af ​​1950'erne.

I moderne elektronik er vakuumrøret stort set blevet afløst af solid state-enheder , såsom transistoren, der blev opfundet i 1947 og implementeret i integrerede kredsløb i 1959, selvom vakuumrør forbliver den dag i dag i applikationer som højeffektsendere, guitarforstærkere, og mere, high fidelity-lydudstyr.

Noter

1. ↑ Okamura, Sōgo (1994). Historien om elektronrør Arkiveret 20. april 2021 på Wayback Machine . iOS Tryk. pp. 17-22. ISBN 9051991452 .
2. ↑ Godfrey, Donald G. (1998). "Lyd". American Radios historiske ordbog . Greenwood Publishing Group. s. 28. ISBN 978-0-313-29636-9 .
3. ↑ Amos, SW (2002). Triode. Newnes Dictionary of Electronics, 4. udg . newnes. s. 331. ISBN 978-0-08-052405-4 .
4. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Planar Microwave Engineering: A Practical Guide to Theory, Measurement and Circuits Arkiveret 20. april 2021 på Wayback Machine . Cambridge University Press. pp. 13-14. ISBN 0-521-83526-7 .
5. ↑ De Forest, Lee (januar 1906). Audion; En ny modtager til trådløs telegrafi arkiveret 20. april 2021 på Wayback-maskinen . Trans. AIEE . American Institute of Electrical and Electronic Engineers. 25 : 735-763.
6. ↑ Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Encyclopedia of 20th-Century Technology, Vol. 2 Arkiveret 27. juli 2021 på Wayback Machine . Taylor og 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 til 1945 Arkiveret 23. juni 2021 på Wayback Machine . John Wiley & sønner. pp. 14-15. ISBN 978-0-470-40974-9 .
8. ↑ Armstrong, EH (september 1915). "Nogle seneste udviklinger i Audion-modtageren" Arkiveret 22. april 2021 på Wayback-maskinen . IRE's sager . 3 (9): 215-247.
9. ↑ Armstrong, EH (12. december 1914). "Betjeningsfunktioner for Audion" . elektrisk verden . 64 (24): 1149-1152.
10. ↑ McNicol, Donald Monroe (1946). Radio's Conquest of Space, den eksperimentelle stigning i radiokommunikation Arkiveret 22. april 2021 på Wayback Machine . Taylor og Francis. pp. 178-184.

Ordbøger og encyklopædier	Britannica (online)
I bibliografiske kataloger	GND : 1036508315