Рис. 7 Нижегородская Радиолаборатория имени В.И. Ленина.
Оглавление базы знаний о О. В. Лосеве
ГЛАВА III
В НИЖЕГОРОДСКОЙ РАДИОЛАБОРАТОРИИ.
Радиоинженеры, работавшие на военных радиостанциях во время империалистической войны, на собственном опыте ощущали все недостатки искровой радиотелеграфии и применяемой в то время радиопередающей и радиоприемной аппаратуры.
Понимая необходимость научного исследования, они во многих местах создавали маленькие лаборатории, подобно лаборатории Тверской радиостанции; в них энтузиасты радиотехники проводили свои исследования. Имея весьма слабые лабораторные возможности и недостаточную подготовку, не получая поддержки со стороны царского правительства и его чиновников, они не могли добиться больших успехов в решении сложных теоретических и экспериментальных проблем, лежащих в основе радиосвязи.
Только инициативная группа военных радистов на Тверской радиостанции – М.А. Бонч-Бруевич, В.М. Лещинский, И.А. Леонтьев, П.Н. Остряков и др. - сумела еще до Великой Октябрьской Социалистической революции интенсивно продвинуться вперед в исследованиях и в разработке новых средств радиотелеграфии. Были изучены и получили применение радиолампы («катодные» или «пустотные реле», как они тогда назывались) сначала французские, а потом и собственного производства. М.А. Бонч-Бруевич со своими ближайшими сотрудниками изготовил более 1000 штук пустотных радиоламп собственной конструкции. Детектором-усилителем конструкции Бонч-Бруевича с электронными лампами, носившим в то время не совсем удачное название «катодного прерывателя», удавалось принимать не только телеграфные сигналы отдаленных станций, но и радиотелефонные передачи, осуществлявшиеся в те времена с помощью электрической дуги.
Сразу же после Октябрьской революции деятельность тверской группы радистов резко расширилась и привлекла внимание советского правительства. «Маленькая ячейка из людей разного возраста и таланта, но одинаково преданных делу радио» (Лебединский) встала на путь активной поддержки новой советской власти, передав молодо республике все свои достижения, все свои возможности и все свои силы.
Выступление В.М. Лещинского с лекцией для населения и новые разработки катодных ламп М.А. Бонч-Бруевича свидетельствуют, что для военных инженеров Тверской радиостанции, как и для большинства русской интеллигенции, вопрос, с кем пойти был категорически решен: Все они были на стороне советской власти.
Пожелание В.М. Лещинского, высказанное на лекции, о расширении работ Тверской кустарной лаборатории, скоро полностью исполнилось.
О работах М.А. Бонч-Бруевича и всей тверской группы Народный комиссар почт и телеграфов, старый большевик В.Д. Подбельский доложил В.И. Ленину. Владимир Ильич сразу же оценил значение работ тверских специалистов. Ему с самого начала была ясна необходимость радиотелеграфной связи для молодой советской республики.
По указанию В.И. Ленина, группа специалистов Тверской радиостанции была переведена в Нижний Новгород и составила ядро специально созданной Радиолаборатории (Рис.7).
Рис. 7 Нижегородская Радиолаборатория имени В.И. Ленина.
Уже в августе 1918 года Нижегородская Радиолаборатория начала работать. Она своими ближайшими задачами имела разработку приемной радиоаппаратуры для Народного Комиссариата Почт и Телеграфов, разработку радиотелеграфных передатчиков дальнего действия и выпуск каждый месяц из мастерских лаборатории по 3000 электронных ламп.
Первым управляющим Радиолаборатории был назначен неутомимый энтузиаст и ее организатор Владимир Михайлович Лещинский (Рис.8); исследовательскую работу возглавил Михаил Александрович Бонч-Бруевич.
Рис. 8 В.М. Лещинский.
Лаборатории были предоставлены значительные денежные средства и необходимое помещение. Вскоре лаборатория обогатилась весьма ценными приборами и оборудованием. Коллектив ее с энтузиазмом принялся за выполнение поставленных перед ним задач.
С первых же дней создания новой Радиолаборатории в ней начал работать один из основоположников русской радиотехники проф. В.К. Лебединский, редактор ведущих русских физических журналов и блестящий популяризатор, привлекший в радиотехнику много молодых и свежих сил. Он сумел объединить вокруг лаборатории творческую коллективную мысль и обмен опытом разрозненных специалистов со всего Советского Союза. Он много способствовал развитию радиолюбительства. В.К. Лебединский возглавил Ученый Совет Нижегородской Радиолаборатории.
Под бессменной редакций В.К. Лебединского с 1918 года при Нижегородской Радиолаборатории начал выходить первый советский журнал по радиотехнике «Телефония и Телеграфия без проводов», в котором отражались - и тем самым выносились на общественный суд работы сотрудников Нижегородской Радиолаборатории и других советских радистов.
В лабораторию влилась группа инженера В.П. Вологдина (в дальнейшем члена-корреспондента Академии Наук), которая занялась разработкой машин высокой частоты. С военной радиостанции Детского села (ныне г. Пушкин) приехал А.Ф. Шорин, который занимался разработками по пишущему радиотелеграфному приему. В Радиолаборатории в полной мере развернулась творческая деятельность Михаила Александровича Бонч-Бруевича.
Уже через два года Радиолаборатория фактически превратилась в мощный по тому времени радиотехнический институт, принявший на себя ведущую роль в развитии радиотехники в нашем Союзе.
К этому времени (почти повсеместно завершился переход от связи на затухающих электрических колебаниях, даваемых искровыми генераторами, к связи на колебаниях незатухающих, получаемых или от высокочастотных машин, или от дуговых генераторов. За рубежом были построены мощные радиостанции для дальней связи (Лафайет, башня Эйфеля и др.). Интенсивно началось строительство и переоборудование радиостанций в нашем Союзе.
Весь коллектив Нижегородском Радиолаборатории участвовал в создании новых радиостанций; отдельные лаборатории и группы сотрудников выезжали на новые радиостанции для осуществления своих проектов.
Результаты работ каждой отдельной лаборатории, каждого сотрудника Радиолаборатории подвергались общему обсуждению, длительным творческим дискуссиям. Олегу Лосеву стало значительно сложней продолжать свою работу по овладению основами радиотехники после отъезда из Твери ведущих сотрудников радиостанции. Однако интерес к радиотехнике у него и страстное стремление в совершенстве ей овладеть только возросли. Он даже не мог допустить мысли о том, чтобы прекратить работу в этой области.
После окончания школы в 1920 году (в семнадцать лет), у Олега не возникло никаких сомнений о выборе специальности. Он поехал в Москву и поступил в Московский институт связи, но с первых же дней обучения в нем понял, что в институте на первом курсе еще очень далеко до настоящей практической радиотехники.
В сентябре 1920 года, по инициативе ведущих сотрудников Радиолаборатории В.К. Лебединского, М.А. Бонч-Бруевича и др., в Москве был созван первый Всероссийский радиотехнический съезд. В работе съезда приняли участие большинство радиоспециалистов советской республики. Лосев постарался попасть на его заседания и, (оказавшись самым юным участником съезда), он с увлечением слушал известных докладчиков об их успехах и о новых задачах радиотехники.
На съезде он встретил многих старых друзей из Тверской радиостанции, вновь увидел В.К. Лебединского, которому и рассказал о своем чувстве неудовлетворенности, которую в нем вызвали занятия в институте.
- «В настоящее время вся активная радиотехническая жизнь, все перспективы русской радиотехники сконцентрированы в Нижнем Новгороде». Приезжайте к нам, и там Вам удастся многому научиться на практической работе. Там же Вы сможете продолжать свое образование непосредственно за работой и в университете», - сказал В.К. Лебединский. Олег с этим без колебаний согласился и по окончании съезда вместе с В.К. Лебединским поехал в Нижний Новгород.
После услышанного на съезде ему казалось, что он попадает в самый водоворот радиотехническом мысли. Он не ошибся. Нижегородская Радиолаборатория стала для него школой, воспитавшей из него глубокого вдумчивого исследователя.
Вначале Олегу не было ясно, что же ему делать в лаборатории, какую тему выбрать для своей работы, как он войдет в коллектив старших товарищей - научных работников нового института. Ведь, в сущности, ни необходимых знаний, ни технических навыков у него не было.
Жить он устроился на верхней лестнице у входа на чердак, и для начала попытался воспроизводить опыты, проделанные им в Твери. Его зачислили на самую скромную должность, назначив на первое время рассыльным по лаборатории.
Присматриваясь к работе других сотрудников, Олег стал помогать Владимиру Константиновичу Лебединскому в подготовке демонстраций к его лекциям и к докладам. В короткое время он достиг значительных успехов в лекционном экспериментировании и в технике электрических измерений. Он начал практически изучать радиоприемники, разрабатывавшиеся в различных отделах Радиолаборатории, овладевал техникой радиоприема на слух азбуки Морзе, наблюдал работу радиопередатчиков, а главным образом изучал основные физические принципы радиотехники.
Вспомогательный характер его личных обязанностей способствовал тому, что он мог быстро войти в общий курс жизни лабораторий, в круг ее очередных задач, мог познакомиться и близко сойтись с той группой молодых инженеров и техников, которая окружала ведущих специалистов. Их товарищеская помощь, дружеские советы, а главное, оживленное коллективное обсуждение очередных задач и новых достижений стимулировали его научную подготовку и побуждали к новым усилиям.
Среди молодых друзей О.В. Лосева следует особенно отметить Петрова Владимира Михайловича, почти сверстника по годам, такого же энтузиаста и столь же одаренного. Они одновременно начали изучение радиотехники, и оба, идя разными путями исканий и творческой мысли, сумели быстро добиться значительных успехов. Из старших товарищей наибольшее влияние на развитие Лосева оказали С.М. Горленко, С.И. Шапошников, П.И. Кондратьев и некоторые другие.
Вскоре Олег Лосев был переведен на должность лаборанта и включился в исследовательскую работу. Конечно, первое время эти исследования Лосева носили чисто вспомогательный характер: он преимущественно помогал своим новым друзьям, изучал методы работы и овладевал техникой радиоприема и точного экспериментирования. Вспомним, что ему в это время было всего 17 - 18 лет. Олег Лосев очень скоро понял, что для достижения собственных новых ценных конкретных результатов не следовало разбрасываться, а надо было ограничиться какой-либо более узкой задачей.
Какой же задачей заняться? На что направить свое внимание? Это Олегу не было ясно. С этим вопросом он обращался к Владимиру Константиновичу.
- "Поваритесь в нашей среде, разбирайтесь в дискуссиях, и, когда у Вас появится собственное мнение, тогда и задачу себе легко найдете. Пока внимательней приглядывайтесь к другим работам. В спорах рождается истина, - как говорили в древности. На ваших глазах определяется будущее русской, а в значительной мере и мировой радиотехники».
И Олег продолжал выполнять текущие работы демонстратора, читал книги по радиотехнике и электричеству. Его настольной книгой была книга А.А. Эйхенвальда «Электричество». Когда он освоился с терминологией, а основные радиотехнические понятия стали ему совершенно привычными, Владимир Константинович Лебединский привлек его к работе по корректированию журнала «Телеграфия и Телефония без проводов». В конце апреля 1921 г. он подготовил к печати №10 журнала. При этом ему пришлось проверять каждую букву, каждый знак.
Номер этот был очень богат содержанием. В нем были помещены статьи академика А.А. Чернышева по вопросу о дальности действия радиопередачи, статья М.А. Бонч-Бруевича о требованиях к радиотелефонной передаче, интересные работы А.А. Петровского, И.Г. Фреймана, И.Г. Кляцкина и других. Работу А.А. Петровского, старейшего русского радиста, ученика А.С. Попова «О работе незатухающего радиоотправителя» Олег уже слышал на съезде, и она показалась ему более понятной.
Впервые в жизни, в поисках чужих ошибок, опечаток, тщательно выполняя корректорскую работу, Олег хорошо понял, насколько важно вчитываться в каждую строчку, в каждое слово для правильного понимания текста.
Когда 17 мая 1921 года вышел №10 журнала «Телеграфия и Телефония без проводов» и на последней странице его было напечатано, что «корректуру держал 0.В. Лосев», Олег Владимирович, как его в шутку стали называть друзья, понял, что наступившее неделю назад совершеннолетие - 18 лет, - он встречает с некоторым конкретным успехом.
Олег очень любил заниматься подготовкой демонстраций. На основании этих своих работ в качестве демонстратора, он даже сделал небольшое сообщение на очередной лабораторной беседе «О быстроте разряда электроскопа».
Электроскоп - это простейший прибор для измерений электрических зарядов, изобретенный еще другом М.В. Ломоносова Р. Риманом, позволяет судить о величине его заряда (потенциала) по отклонению легоньких металлических листочков из алюминиевой фольги или сусального золота. Обычно он представляет собой изолированный стерженек, на одном конце которого подвешены листочки, а на другом укреплен шарик, к которому подводят заряд. Как долго будет сохраняться электричество на шарике и листочках? Как долго листочки останутся раздвинутыми под действием электрических сил отталкивания? Вот вопросы, на которые Олег не нашел ответа в книгах и попытался разрешить их экспериментально.
Быстрота разряда электроскопа определяется степенью изоляции стержня от окружающей среды. Его обычно укрепляют на стекле или янтаре. Если воздух сухой и в нем нет ионов, то листочки остаются раздвинутыми очень долго. В случае влажного воздуха, при наличии большого числа ионов, листочки быстро спадают, указывая утечку заряда. Воздух не должен проводить электричества, он не должен быть ионизирован. Олег демонстрировал, как долго остаются раздвинутыми листочки, если стержень с листочками поместить в герметически закрытый сосуд, например, в стеклянную бутыль, и как быстро стекает заряд, если поблизости от них поместить пламя свечи, от которого воздух ионизируется и становится проводящим. Еще более эффективным оказалось действие урановой соли, обладающей радиоактивностью и способной вызывать в воздухе образование большого числа ионов. При приближении к электроскопу радиоактивного вещества, листки электроскопа почти моментально приближаются, друг к другу.
«Для того, чтобы электроскоп мог достоверно показывать наличие электричества, совершенно необходимо, чтобы время спадания его металлических листков было достаточно продолжительно. Для этого он должен быть хорошо изолирован, а воздух, его окружающий, должен быть сухим, чистым и не подвергаться действию источников ионизации». Этими словами Олег закончил свое первое выступление, получив одобрение В.К. Лебединского.
Вскоре он получил задание подготовить демонстрационные опыты с поющей электрической дугой. Дуговой разряд характерен своеобразной зависимостью величины напряжения на дуге от силы протекающего тока. В начале разряда сопротивление дугового промежутка весьма велико, так как воздух плохо проводит электрический ток; потом, по мере разгорания дуги, вследствие ионизации воздуха, сопротивление ее резко падает, и, хотя сила тока, протекающего через дуговой промежуток, при этом увеличивается, однако напряжение на углях убывает. Это происходит потому, что электродвижущая сила источника тока, питающего дугу, иначе распределяется вдоль всей замкнутой электрической цепи, одну из частей которой представляет сама электрическая дуга.
Когда электрический ток проходит по обычному металлическому проводнику, сила тока зависит от приложенного к концам проводника напряжения и от его сопротивления по закону Ома. Она выражается известной формулой J=U/R или R=U/J, где J – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов) на концах проводника, R - его сопротивление.
Направление протекающего по металлическому проводнику тока J всегда совпадает с приложенным напряжением, и отношение U/J для металлического проводника будет всегда величиной положительной. Это значит, что сила тока может увеличиваться только при условии возрастания напряжения на концах металлического проводника.
Не то наблюдается в электрической дуге - к ней неприменим закон Ома.
Когда замкнутая электрическая цепь состоит из источника тока, проводников, обладающих обычным омическим сопротивлением, и электрической дуги, напряжение источника - его электродвижущая сила - распределяется вдоль всей цепи пропорционально сопротивлениям ее отдельных участков. Если увеличивается сила тока, то проводимость дугового промежутка улучшается, его сопротивление падает, и происходит перераспределение напряжения вдоль цепи: на участках из металлических проводников напряжение естественно возрастает по закону Ома от возрастания силы тока, а на дуговом промежутке оно соответственно должно уменьшаться. Поэтому зависимость между током и напряжением в электрической дуге не может подчиняться закону Ома. Она изображается графически в виде спадающей кривой, представленной на рисунке 9, называемой вольтамперной характеристикой дуги, потому что по оси ординат откладывается напряжение между углями дуги – вольты, а по оси абсцисс сила тока – амперы. Эта зависимость и многие другие свойства электрической дуги были в то время уже подробно изучены: электрическую дугу изучал академик В.Ф. Миткевич и его ученики.
Рис. 9 Вольтамперная спадающая характеристика электрической дуги.
Если параллельно дуговому промежутку включить колебательный контур, как показано на рисунке 10, и замкнуть ток, то в первый момент, пока дуга еще не разгорелась, конденсатор контура зарядится до высокой разности потенциалов, близкой к напряжению источника тока. Однако, по мере разгорания дуги, сопротивление ее чрезвычайно быстро уменьшится, напряжение на ней упадет, и конденсатор получит возможность разрядиться через дугу, создавая в катушке индуктивности сильный разрядный ток. Это способствует еще большей ионизации воздуха в дуговом промежутке, то есть дальнейшему падению напряжения на дуге.
Рис. 10 Электрическая дуга возбуждает колебания в контуре.
Ток в катушке создает вокруг нее сильное магнитное поле. Это поле должно исчезнуть, когда кончится разряд конденсатора, но при этом оно вызовет в катушке электродвижущую силу индукции и дополнительный ток в том же направлении, как протекал ток разряда конденсатора, - это будет так называемый экстра-ток размыкания. Он не только заставит конденсатор разрядиться до конца, но вызовет перезарядку его, с переменой знака заряда на обкладках конденсатора. После прекращения экстра-тока, когда магнитное поле катушки исчезнет, прямой ток в дуге уменьшится, напряжение на углях возрастет, а знак заряда на обкладках конденсатора окажется противоположным знаку напряжения на углях дуги. Ток из источника направится в конденсатор на его новую перезарядку. Таким образом, распределение зарядов вновь окажется таким же, как было при включении дуги, и процесс перераспределения тока и напряжения повторится. Конденсатор будет заряжаться и перезаряжаться.
Контур начнет колебаться со свойственной ему частотой, которая будет тем меньше, чем больше будет емкость конденсатора и чем больше будет величина индуктивности катушки (энергия ее магнитного поля при определенной силе тока). На устойчивость колебаний и на их период оказывает влияние и режим горения дуги, по которой, помимо постоянного тока от источника электрической энергии, проходит и переменный ток электрических колебаний контура.
Олег с напряженным интересом изучал эти причудливые электрические процессы; он подбирал разные условия возбуждения колебаний и размышлял над физическими причинами, их вызывающими. Он прекрасно понимал, почему сам по себе колебательный контур не может поддерживать незатухающие электрические колебания. В искровом радиопередатчике энергия, полученная им при проскакивании искры («ударное возбуждение»), постепенно и довольно быстро рассеивается как в виде электромагнитных волн, так и в виде тепла, получающегося в проводах, из которых составлен контур, при преодолении их омического сопротивления переменным током, который нагревает их. Иными словами, и эта часть энергии тоже уходит в окружающее пространство, как и энергия электромагнитных волн. Чем меньше потери энергии, затрачиваемой на образование волн, чем меньше сопротивление проводов, тем медленнее затухают колебания в контуре. Они совершенно перестали бы затухать, если бы прекратилось излучение электромагнитных волн, а сопротивление проводов обратилось бы в нуль.
Можно, оказывается, мысленно заменить потери энергии на излучение равноценными потерями в сопротивлении проводов, применить даже странное, на первый взгляд, выражение «сопротивление излучения», и выразить его соответствующим числом омов. Тогда сопротивление излучения можно просто добавить к омическому сопротивлению контура. При такой замене каждый колебательный контур можно будет характеризовать тремя числами («параметрами»), представляющими величину индуктивности L, выраженную в единицах индуктивности (генри), величину емкости C в единицах емкости (фарадах) и величину общего сопротивления R в омах. От первых двух зависит период колебаний (частота), а от последней скорость затухания. Затухание обычно в свою очередь характеризуется тем промежутком времени, в течение которого амплитуда колебаний уменьшится в e раз (где e = 2,7182- основание натуральных логарифмов).
Все это было Олегу совершенно понятно. Перед ним отчетливо вставал вопрос: почему колебания контура, в который включена электрическая дуга, оказываются незатухающими, а наоборот, сами возникают и сохраняют свою амплитуду, если не меняется режим дуги? Получается такое впечатление, что обращается в нуль омическое сопротивление контура. Очевидно дуга пополняет потери энергии и сопротивление перестает сказываться. Но ведь сопротивление проводов существует! Ведь энергия фактически расходуется! Если потери энергии соответствуют наличию положительного омического сопротивления, то приток ее, пополняющий эти потери, можно рассматривать, как введение в колебательный контур своеобразного проводника, обладающего особым сопротивлением – «отрицательным». Этот своеобразный проводник не потребляет энергии, а сам ее добавляет в контур. Величину этого «отрицательного сопротивления» естественно выразить тоже в омах, как и сопротивление проволок. +) Тогда, очевидно, при равенстве по абсолютной величине (по числу омов) положительного и отрицательного сопротивления, общее сопротивление контура обратится в нуль, количество энергии в нем будет оставаться постоянным (убыль ее будто все время пополняется) и колебания в нем должны сделаться незатухающими. Очевидно, электрическая дуга вносит в контур подобное сопротивление и таким образом поддерживает колебания.
+) Примечание. Читатель, знакомый с теоретическими основами радиотехники, вероятно вспомнит, что протекание электрического тока в колебательном контуре происходит в соответствии со следующими уравнениями:
В этом уравнении L обозначает индуктивность катушки, R -омическое сопротивление, C - емкость конденсатора, J - силу тока, а j(t) - электродвижущую силу от внешнего источника электрической энергии. Если j(t) окажется пропорциональной J, то j(t)=KJ; тогда очевидно этот член можно будет перенести в левую часть уравнения и соединить со вторым членом
Уравнение ясно показывает, что наличие такой электродвижущей силы действительно уменьшает сопротивление контура и может даже обратить его в нуль. Поэтому совершенно естественно трактовать ее, как отрицательное сопротивление. Уравнение же, в котором коэффициент у J обратился в нуль, представляет незатухающие колебания, при которых все потери энергии пополняются за счет внешнего источника электродвижущей силы, и амплитуда колебаний остается постоянной, равной начальной амплитуде. Решение уравнения дает для тока выражение J=J0sinwt, где w=(LC)-1/2. Таким образом незатухающие электрические колебания получаются в контуре только при наличии отрицательного сопротивления, компенсирующего сопротивление положительное.
Изучая падающую характеристику электрической дуги, Олег научился определять величину этого отрицательного сопротивления и убедился, что оно на разных участках характеристики оказывается разным и соответствует наклону их относительно осей координат. Значит, его величина зависит от режима горения дуги и ее можно регулировать, по желанию меняя напряжение источника тока или сопротивление омических участков цепи. Так шаг за шагом Олег разбирался в сложных закономерностях этого замечательного физического явления. Для него эта экспериментальная работа имела большое значение
Сам контур можно настроить на звуковую частоту. Тогда, поскольку с этой частотой будет меняться ток в дуге, будет меняться и ее тепловая энергия, будет периодически меняться давление воздуха в ней - иными словами, сама дуга зазвучит; получится поющая дуга, тон которой будет зависеть от величины емкости и индуктивности контура. Такую поющую дугу проф. В.К. Лебединский поручил наладить Олегу для демонстраций на лекциях и докладах.
Наладив контур на звуковую частоту, Олег Лосев менял расстояние между углями, продувал воздух через дуговой промежуток или подносил к нему сильный магнит. Этими манипуляциями ему удавалось менять силу звука, меняя же индуктивность, получал тоны разной высоты. Опыт получился очень красивый и наглядный. Частота электрических колебаний для слушателей лекции В.К. Лебединского, на которой Олег демонстрировал поющую электрическую дугу, стала ощутимой. Наглядно воспринималось «отрицательное сопротивление», вносимое ею, в контур. При уменьшении индуктивности L и емкости С в контуре частота возрастала, и при достижении свыше 16000 колебаний в секунд дуга уже переставала быть «поющей», и ее звучание ухом не воспринималось. В дуге происходили колебания высокой частоты – радиочастоты – она делается источником радиоволн.
Лосеву стало совершенно ясно, почему именно дуговые генераторы дали возможность осуществить радиотелефонную связь. Колебания в них легко «модулировать» то есть менять их силу (или, как говорят, амплитуду), а, следовательно, и мощность излучаемых радиоволн. Если включить в цепь такой дуги микрофон, сопротивление которого меняется под действием звуковых волн с относительно небольшой частотой (от 100 до 5000 периодов в секунду), то с этой же частотой будет меняться и амплитуда колебаний высокочастотного контура, возбуждаемого дугой и настроенного на радиочастоту (от 10000 до 500000 колебаний в секунду).
Если в микрофон говорить, то дуга будет модулирована человеческим голосом, она получит возможность передавать речь и превратится в «говорящую дугу», излучающую с антенны в пространство модулированные радиоволны. Она превратится в радиотелефонный передатчик.
В это время, когда Олег Лосев в Нижнем Новгороде занимался изучением поющей и говорящей дуги, дуговые генераторы уже вошли в практику радиосвязи, и их радиотелефонные передачи принимались на детекторные приемники на ряду с радиотелеграфными сигналами. Была уже выдвинута задача создания дуговых радиотелефонных передатчиков большой мощности, которые по дальности действия могли бы соответствовать мощным радиотелеграфным передатчикам, питаемым машинами высокой частоты.
Обсуждался этот вопрос и в Нижегородской Радиолаборатории. Однако работы инженера П.А. Острякова показали, что дуговые генераторы не могут конкурировать до мощности и коэффициенту полезного действия с новыми высокочастотными машинами системы В.П. Вологдина, в частности, с его машиной на 150 киловатт, постройка которой была начата в Радиолаборатории. К тому же в это время М.А. Бонч-Бруевичем были получены первые блестящие успехи в разработке мощных электронных ламп, специально предназначенных для генерирования колебаний в радиотелефонных передатчиках.
Оказалось, что и электронная лампа тоже может вводить в колебательный контур отрицательное сопротивление, возбуждая в нем, подобно дуге, незатухающие колебания. Она имеет перед электрической дугой целый ряд весьма существенных преимуществ в смысле удобства управления и более совершенной модуляции; это обеспечивало более четкую и правильную передачу речи и музыки. М.А. Бонч-Бруевич разработал для целей радиотелефонии специальные сверхмощные (сначала в 10, а потом в 25, 50 и 100 киловатт) пустотные лампы, решавшие задачу радиотелефонии на больших расстояниях. В Нижегородской Радиолаборатории были построены радиотелефонные ламповые передатчики, обеспечивавшие радиовещание.
К этому периоду развития радиотехники относятся известные руководящие высказывания В.И. Ленина относительно будущности радиотелефонии, и ее общественного значения, изложенные в письме от 5/II-1920 г. к М.А. Бонч-Бруевичу по поводу постройки новых радиотелефонных передатчиков (рис.11).
11. Письмо В.И. Ленина к профессору М.Д. Бонч-Бруевичу.
- «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» («Телеграфия и Телефония без проводов», № 23, 1924 г.).
Это письмо произвело на Олега, как и на всех других сотрудников Нижегородской Радиолаборатории, огромное впечатление. Оно побудило его глубже задуматься над основными очередными задачами радиосвязи и определить точнее планы своей работы. Неудивительно поэтому, что Олег Лосев, изучив свойства поющей и говорящей дуги, не стал терять времени на ее усовершенствование, а занялся подробным изучением электронных ламп и их применения в радиотехнике.
Электронные лампы того времени, выпускавшиеся Нижегородской Радиолабораторией, представляли собой так называемые вакуумные триоды. Триоды содержали по три электрода: катод - в форме накаленной вольфрамовой нити, в форме буквы М, анод - в виде алюминиевого футлярчика и сетку, расположенную между катодом и анодом, окружавшую катод со всех сторон. Катод является источником электронов, которые вылетают с его поверхности в пустоту, за счет тепловой энергии накаливаемой нити; чем выше температура накала катода, тем больше электронов уйдет из катода, и тем большая часть из них долетит до анода.
Если к аноду присоединить положительный полюс батареи (а отрицательный к катоду), то на анод соберутся (при достаточном напряжении) все электроны, испускаемые катодом. Электронный поток потечет в пустоте от катода к аноду и затем по проводам через батарею вернется обратно к катоду. На своем пути от катода к аноду, электроны должны пройти между витками сетки. Если сетку зарядить отрицательно по отношению к катоду (например, с помощью вспомогательной батареи), то поток электронов будет отталкиваться электрическим полем сетки обратно к катоду, их поток, протекающий через лампу, будет задерживаться и анодный ток уменьшиться. Если же сетке сообщить положительный потенциал по отношению к катоду, то электроны начнут ее полем ускоряться; это способствует собиранию анодом всех электронов, выходящих с катода. В результате при положительном заряде сетки ток через лампу увеличивается. Графическая зависимость тока в цепи анода от напряжения на сетке изображается кривой, называемой анодно-сеточной характеристикой электронной лампы (Рис.12).
Рис. 12 Анодно-сеточная характеристика трехэлектродной радиолампы.
Катод, испускающий электроны, всегда окружен электронным облаком, так называемым пространственным отрицательным зарядом. Отталкивающее действие поля, образованного роем из ранее вылетевших электронов, задерживает дальнейшее освобождение электронов из катода, и, следовательно, влияет на величину анодного тока. В результате анодный ток определяется температурой и свойствами катода, положительным потенциалом анода, положительным иди отрицательным полем сетки и экранирующим (задерживающим) действием пространственного заряда. Вследствие близости сетки к катоду по сравнению с расстоянием между анодом и катодом, малейшее изменение потенциала (заряда) сетки резко влияет на величину электронного потока в лампе, то есть на силу анодного тока. Небольшой отрицательный потенциал сетки относительно катода совершенно останавливает поступление электронов к аноду, то есть анодный ток становится равным нулю - лампа «запирается».
Таким образом, лампа допускает возможность небольшим зарядом с ничтожной энергией регулировать сравнительно большие токи. Иными словами, так как ток в цепи анода будет следовать за всеми изменениями напряжения на сетке, мы получаем возможность иметь в анодной цепи точное и сильное увеличенное изображение электрического процесса, который подается на сетку. Кроме точного воспроизведения трехэлектродная лампа допускает последовательное (каскадное) усиление; для этого следует анодный ток первой лампы направить на сетку второй лампы и т.д. Это позволяет получить усиление электрических сигналов от десятков до многих миллионов раз.
До приемной станции от передающей радиостанции доходит весьма малая часть электромагнитной энергии (иногда одна миллиардная доля процента), и усиление такого слабого радиосигнала представляет важную и крайне сложную задачу.
Понятно, какое значение это свойство электронной лампы имеет для приема сигналов отдаленных радиостанций. Достаточно антенну присоединить к сетке лампы. Можно даже взять несколько ламп и составить из них ряд последовательных усилительных каскадов.
Однако лампа не только усиливает колебания, она может их одновременно и детектировать – выпрямлять, - как кристалл галенита. Для этого необходимо дать на сетку небольшое отрицательное напряжение – «отрицательное смещение», как раз достаточное для того, чтобы анодный ток уменьшился почти до нуля. Тогда, сообщая сетке дополнительное колебательное напряжение от антенны, которое будет складываться или вычитаться из отрицательного напряжения, мы тем самым будем увеличивать и уменьшать это «смещение» с частой приходящего сигнала. В ту половину периода, когда с антенны подается дополнительное отрицательное напряжение, смещение становится больше, и анодный ток останется равным нулю. В следующую половину периода, когда антенна дает положительное напряжение (смешение уменьшается), анодный ток возрастает, и при том тем сильнее, чем больше амплитуда колебаний антенны. В анодной цепи потечет выпрямленный пульсирующий ток, соответствующий амплитудам колебаний, то есть так называемой «глубине модуляции», как изображено рис.13.
13. Детектирование сигналов радиолампой.
Телефон с конденсатором, сглаживающим пульсацию, получит ток звуковой частоты - частоты модуляции - и зазвучит тем же тоном, с той же частотой, с которой были модулированы колебания в передающей антенне. Это будет так называемый детекторно-усилительный режим лампы, которым обычно пользуются радиолюбители, располагающие лишь самым простым одноламповым приемником.
Этим, однако, замечательные свойства лампы не исчерпываются. Если лампу присоединить параллельно к колебательному контуру, как показано на рисунке 14, то ее можно заставить поддерживать в нем электрические колебания - ввести в контур «отрицательное сопротивление» - подобно тому, как это делает электрическая дуга. Для этого достаточно поднести к катушке индуктивности контура вторую вспомогательную катушку, концы которой соединены: один с катодом, другой с сеткой лампы (см. рисунок 14). При этом можно расположить обе катушки так, что катушка контура будет в катушке, соединенной с сеткой, возбуждать электродвижущую силу индукции в таком направлении, что когда в контуре электроны двигаются от обкладки, соединенной с анодом, к обкладке, соединенной с катодом, на сетке накапливается положительный заряд - лампа отпирается, а когда ток потечет в обратном направлении, сетка зарядится отрицательно - лампа запрется.
14. Возбуждение колебаний в контуре с помощью электронной лампы при трансформаторной обратной связи.
Очевидно, при этих условиях в течение одной половины периода по катушке кроме электронов с обкладки конденсатора будет протекать дополнительно анодный ток лампы, и магнитное поле ее будет усилено - оно получит от лампы дополнительную энергию, которая усилит колебания. В контур будет введено отрицательное сопротивление, компенсирующее потери энергии в нем.
Вторая половина периода будет соответствовать запертой лампе, и анодный ток не будет мешать конденсатору перезаряжаться.
Катушка, связывающая напряжение на сетке с колебаниями контура, называется катушкой обратной связи - контур с ее помощью сам управляется током в лампе и забирает от нее необходимую для поддержания колебаний мощность. Такая схема, изображенная на рисунке, называется ламповым генератором колебаний с обратной индуктивной или трансформаторной связью (Рис.14). Последнее название обусловлено тем, что катушка контура и катушка связи в сущности образуют своеобразный трансформатор, у которого первичная обмотка образована контуром, а вторичная – катушкой связи. Интенсивность колебаний генератора зависит от мощности лампы (силы анодного тока и величины анодного напряжения) и от взаимодействия обеих катушек (величины обратной связи). Чем обратная связь будет больше, чем выше будет даваемое ею напряжение на сетке, тем больше будет анодный ток, тем больше будет амплитуда колебаний.
Обратная связь позволяет с удивительной гибкостью управлять колебаниями лампового генератора и модулировать их низкими звуковыми частотами. Собственная же частота генератора, (так называемая «несущая» частота) будет зависеть лишь от параметров анодного контура - от величины индуктивности и емкости.
Маломощные генераторы электрических колебаний, возбуждаемые одной маленькой электронной приемно-усилительной лампой, нашли широкое применение в лабораторной практике, и для целей радиоизмерений, и для более глубокого изучения способов управления колебаниями. Они получили странное название «гетеродины» и стали основными вспомогательными инструментами при всех новых исследованиях и разработках.
Все молодые сотрудники Нижегородской Радиолаборатории умели собирать такие гетеродины, рассчитанные на самые разнообразные длины волн, и широко пользовались ими в своей повседневной работе.
Читатель может легко себе представить, с какой жадной любознательностью Олег Лосев изучал теорию и практику получения электрических колебаний с помощью электронных ламп. Управлять ими было гораздо проще, чем колебаниями, вызываемыми электрической дугой, а применение оказывалось значительно шире и разнообразнее.
В это время в Нижегородской Радиолаборатории были уже разработаны и изготовлены различные радиолампы, начиная с небольших, дававших всего 180 ватт мощности, до огромных медных ламп с анодами, охлаждаемыми водой, мощностью в 10-25 и более киловатт. На таких лампах стали успешно работать большие радиопередатчики мощных широковещательных радиотелефонных станций. Началась эпоха массового радиовещания.
Олег Лосев был непосредственным свидетелем и даже, до известной степени, участником этой творческой работы. Она все время стимулировала и его собственные искания. Естественно у него возникали вопросы:
Неужели только одна электронная лампа обладает такими удивительными свойствами? Неужели нельзя придумать другого прибора, который выполнял бы те же функции с тем же успехом?