Элементная база радиотехники

Подобно световым волнам, радиоволны могут практически без потерь распространяться на большие расстояния в земной атмосфере, и это делает их полезнейшими носителями закодированной информации.

После появления уравнений Максвелла стало ясно, что они предсказывают существование неизвестного науке природного явления — поперечных электромагнитных волн, представляющих собой распространяющиеся в пространстве со скоростью света колебания взаимосвязанных электрического и магнитного поля. Сам Джеймс Кларк Максвелл первым и указал научному сообществу на это следствие из выведенной им системы уравнений. В этом преломлении скорость распространения электромагнитных волн в вакууме оказалась столь важной и фундаментальной вселенской константой, что ее обозначили отдельной буквой с в отличие от всех прочих скоростей, которые принято обозначать буквой v.

В XX веке электромагнитные волны начали прочно входить в быт людей. Еще до войны в квартирах горожан появились радиолы, затем – телевизоры, в 60-е годы распространившиеся необычайно широко. В 90-х годах в наш быт стали проникать радиотелефоны, микроволновые печи, пульты дистанционного управления телевизорами, видеомагнитофонами и т.д. Все эти приборы излучают или принимают электромагнитные волны.

1. Детекторные радиоприемники

Первые приемники электромагнитных колебаний использовали когереры, а чуть позже полупроводниковые детекторы Эффект детектирования, другими словами, преобразования переменного напряжения в постоянный ток – выпрямления был известен еще до изобретения радиоприемника. Еще в 1874 г. английский физик К.Ф.Браун (кстати, получивший совместно с Маркони нобелевскую премию в 1906 г. за открытие радио; Попов к этому времени умер, а Нобелевская премия дается только живым) открыл выпрямляющее действие точечных контактов на полупроводниковом кристалле. Эти хлипкие устройства с иголочками оставались основным элементом входной цепи приемника, хотя имели невысокую чувствительность, были не стабильны и требовали индивидуальной настройки – надо было найти то место на полупроводниковом кристалле, где иголка из проводника и кристалл обеспечивали детектирование. Почему это происходило, объяснить никто не мог.

Но детекторные приемники имели большой недостаток – они работали при большом входном сигнале. Единственной возможностью повышения дальности радиосвязи было увеличение мощности передатчиков. Надо было найти возможность усиления сигналов. Усиление стало возможным благодаря открытию радиолампы.

Эффект излучения каких-то частиц или лучей раскаленным электродом, имеющим отрицательный потенциал, был обнаружен всемирно известным изобретателем Т.А.Эдиссоном. Эти лучи назвали катодными и выяснили, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц – электронов. Коллега Эдиссона Флеминг создал в 1904 году прибор, использующий эффект Эдисона, и назвал его диодом. Диод состоял из раскаленной нити – катода, расположенной внутри металлического цилиндра – анода. Вся эта конструкция помещалась внутрь стеклянного баллона с откачанным воздухом.

Принципы работы диода

Принцип работы диода был ясен (в отличие от принципа работы полупроводникового диода). Вокруг катода создается электронное облако, плотность которого убывает по мере удаления от него. Если потенциалы катода и анода одинаковы и анод располагается достаточно близко к катоду, то часть электронов попадет на анод, и во внешней цепи (проводнике, соединяющем анод с катодом) будет течь небольшой ток.