7.2. Этапы развития электроники

К первому этапу относится изобретение в 1809 году русским инженером Ф.И. Ладыгиным лампы накаливания.

Открытие в 1874 году немецким ученым Брауном выпрямительного эффекта в контакте металл-полупроводник. Использование этого эффекта русским изобретателем Поповым для детектирования радиосигнала позволило создать ему первый радиоприемник. Датой изобретения радио принято считать 7 мая 1895 г., когда Попов выступил с докладом и демонстрацией на заседании физического отделения русского физико-химического общества в Петербурге. 24 марта 1896 г. Попов передал первое радиосообщение на расстояние 350 м. Успехи электроники в этот период ее развития способствовали развитию радиотелеграфии. Одновременно разрабатывали научные основы радиотехники с целью упрощения устройства радиоприемника и повышения его чувствительности. В разных странах велись разработки и исследования различных типов простых и надежных обнаружителей высокочастотных колебаний – детекторов.

Второй этап развития электроники начался с 1904 г., когда английский ученый Флеминг сконструировал электровакуумный диод. Основными частями диода являются два электрода, находящиеся в вакууме. Металлический анод и металлический катод, нагреваемый электрическим током до температуры при которой возникает термоэлектронная эмиссия.

При высоком вакууме разряжение газа между электродами таково, что длина свободного пробега электронов значительно превосходит расстояние между электродами, поэтому при положительном относительно катода напряжении на аноде V_a электроны движутся к аноду, вызывая ток I_a в анодной цепи. При отрицательном напряжении анода V_a эмитируемые электроны возвращаются на катод и ток в анодной цепи равен нулю. Таким образом, электровакуумный диод обладает односторонней проводимостью, что используется при выпрямлении переменного тока. В 1907 г. американский инженер Ли де Форест установил, что, поместив между катодом и анодом металлическую сетку и подавая на нее напряжение V_c можно управлять анодным током I_a практически безинерционно и с малой затратой энергии. Так появилась первая электронная усилительная лампа – триод. Ее свойства как прибора для усиления и генерирования высокочастотных колебаний обусловили быстрое развитие радиосвязи. Если плотность газа, наполняющего баллон, настолько высока, что длина свободного пробега электронов оказывается меньше расстояния между электродами, то электронный поток, проходя через межэлектродное расстояние, взаимодействует с газовой средой, в результате чего свойства среды резко изменяются.

Газовая среда ионизируется и переходит в состояние плазмы, характеризующееся высокой электропроводностью. Это свойство плазмы было использовано американским ученым Хеллом в разработанном им в 1905 г. газотроне – мощном выпрямительном диоде, наполненном газом. Изобретение газотрона положило начало развитию газоразрядных электровакуумных приборов. В разных странах стало быстро развиваться производство электронных ламп. Особенно сильно это развитие стимулировалось военным значением радиосвязи. Поэтому 1913 – 1919 г. – период резкого развития электронной техники.

В 1913 г. немецкий инженер Мейснер разработал схему лампового регенеративного приемника и с помощью триода получил незатухающие гармонические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции на ламповые, что практически решило проблему радиотелефонии. С этого времени радиотехника становится ламповой. В России первые радиолампы были изготовлены в 1914 г. в Санкт-Петербурге консультантом русского общества беспроволочного телеграфирования Николаем Дмитриевичем Папалекси, будущим академиком АН СССР. Папалекси окончил Страсбургский университет, где работал под руководством Брауна. Первые радиолампы Папалекси из-за отсутствия совершенной откачки были не вакуумными, а газонаполненными (ртутными). С 1914 – 1916 гг. Папалекси проводил опыты по радиотелеграфии. Работал в области радиосвязи с подводными лодками. Руководил разработкой первых образцов отечественных радиоламп. С 1923 – 1935 гг. совместно с Л.И. Мандельштамом руководил научным отделом центральной радиолаборатории в Ленинграде. С 1935 г. работал председателем научного совета по радиофизике и радиотехнике при Академии наук СССР.

Первые в России электровакуумные приемо-усилительные радиолампы были изготовлены Бонч-Бруевичем. Он родился в г. Орле (1888). В 1909 г. окончил инженерное училище в Петербурге. В 1914 г. окончил офицерскую электротехническую школу. С 1916 по 1918 г.г. занимался созданием электронных ламп и организовал их производство. В 1918 г. возглавил Нижегородскую радиолабораторию, объединив лучших радиоспециалистов того времени (П.А. Остряков, А.А. Пистолькорс, В.П. Шорин, А.Ф. Лосев). В марте 1919 г. в нижегородской радиолаборатории началось серийное производство электровакуумной лампы РП–1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт. Видные немецкие ученые, ознакомившись с достижениями нижегородской лаборатории, признали приоритет России в создании мощных генераторных ламп. Большие работы по созданию электровакуумных приборов развернулись в Петрограде. Здесь работали В.И. Чернышев, М.М. Богословский, С.А. Векшинский, Д.Д. Оболенский, Л.В. Шапошников, С.А. Зусмановский, А.А. Александров. Важное значение для развития электровакуумной техники имело изобретение нагреваемого катода. В 1922 году в Петрограде был создан электровакуумный завод, который слился с электроламповым заводом «Светлана». В научно–исследовательской лаборатории этого завода Векшинским были проведены многосторонние исследования в области физики и технологии электронных приборов (по эмиссионным свойствам катодов, газовыделению металла и стекла и др.).

Переход от длинных волн к коротким и средним, и изобретение супергетеродина и развитие радиовещания потребовали разработки более совершенных ламп, чем триоды. Разработанная в 1924 г. и усовершенствованная в 1926 г. американцем Хеллом экранированная лампа с двумя сетками (тетрод) и предложенная им же 1930 г. электровакуумная лампа с тремя сетками (пентод) решили задачу повышения рабочих частот радиовещания. Пентоды стали самыми распространенными радиолампами.

В 1934 г. сотрудники центральной радиолаборатории, Коровин и Румянцев провели первый эксперимент по применению радиолакации и определению летящего самолета. В 1935 г. теоретические основы радиолакации были разработаны в Ленинградском физико-техническом институте Ю.Б. Кобзаревым. Одновременно с разработкой вакуумных электроприборов, на втором этапе развития электроники, создавались и совершенствовались газоразрядные приборы.

В 30-е г. были заложены основы радиотелевидения. Первые предложения о специальных передающих трубках сделали независимо друг от друга Б.В. Константинов и С.И. Катаев. Подобные же трубки, названные иконоскопами, построил в США Владимир Константинович Зворыкин. В 1912 г. он окончил Петербургский экономический институт. В 1914 г. колледж «Де Франс» в Париже. В 1917 г. эмигрировал в США. В 1920 г. поступил в фирму «Вестингаус Электрик». В 1929 г. возглавил лабораторию американской радиокорпорации «Камдем и Пристон». В 1931 г. Зворыкин создал первый иконоскоп – передающую трубку, которая сделала возможным развитие электронных телевизионных систем. В 1933 г. П.В. Шмаков и П.В. Тимофеев предложили более чувствительные передающие трубки – супериконоскоп. Позволивший вести телевизионные передачи без сильного искусственного освещения. Шмаков родился в 1885 г., в 1912 г. закончил МГУ, работал в МВТУ (1924 – 30 гг.), работал в МЭИ (1930 – 32 гг.), в 1933 изобрел супериконоскоп,заведовал лабораторией в Всесоюзном НИИ телевидения в Ленинграде (1935 – 37 гг.). Тимофеев родился в 1902 г., в 1925 г. закончил МГУ, (1925 – 28 гг.) работал в МВТУ, в 1933 г. вместе со Шмаковым изобрел иконоскоп. Остальные труды относились к области фотоэффекта, вторичной электронной эмиссии, разрядов в газах, электронной оптики. Разработал конструкции электронных умножителей, электронно-оптических преобразователей.

В 1939 г. советский ученый Л.Ю. Брауде предложил идею создания еще более чувствительной передающей трубки, названной суперортикон. К 1930 г. относятся первые эксперименты с очень простыми передающими устройствами, получившими название видикон. Идея создания видикона была выдвинута Чернышевым в 1925 г. Первые практические образцы видиконов появились в США в 1946 г.