Первый радиоприемник А.С.Попова

Московский государственный технический университет радиотехники электроники и автоматики. Факультет радиотехнических и телекоммуникационных систем.

Реферат

На тему: «Первые радиоприемники

А.С. Попова и Г. Маркони»

Выполнила: Новикова А. В.

1 курс, гр. № РРБ-1-12

Проверил: Бартенев В. Г.

Москва 2012

Содержание

Предыстория…………………………………………………………. 3

Первый радиоприемник А. С. Попова……………………………...5

Гульельмо Маркони………………………………………………….8

Выводы:Маркони или Попов……………………………………….11

Предыстория

Изобретение радиосвязи – одно из самых выдающихся достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса.

Потребность в совершенствовании средств связи, в частности установлении связи без проводов, особенно остро проявилась в конце XIX в., когда началось широкое внедрение электрической энергии в промышленность, сельское хозяйство, связь, на транспорте (в первую очередь морском) и т. д. Но перед тем, как перейти непосредственно к самим изобретениям А. С. Попова и Г. Маркони, попробуем проследить за событиями, которые послужили источниками вдохновения для создания радио.

Развитие радиотехники берет свое начало в первой половине ХIX века. В 1820 году Ганс Христиан Эрстед, великий датский ученый, обнаружил связь между электричеством и магнетизмом, а точнее существование вокруг проводника с током магнитного поля. Он показал, что если поместить над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке, то при пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. Принято считать, что это открытие было совершенно случайно. Профессор Эрстед демонстрировал студентам опыт по тепловому воздействию электрического тока, при этом на столе находилась также и магнитная стрелка. Один из студентов обратил внимание профессора на то, что в момент замыкания электрической цепи стрелка немного отклонялась. Однако в своих поздних работах Эрстед опровергал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории – свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…» [1] Правда это или нет, в данном случае не представляет особой важности, главное, что это открытие послужило первым толчком к развитию радиотехники.

В 1831 году Майкл Фарадей ставит ряд опытов, пытаясь доказать обратную связь между магнетизмом и электричеством. индукционным током. Начались интенсивные исследования, в ходе которых Фарадей открыл и описал основные явления электромагнитной индукции, включая возникновение индукционных токов при относительном движении проводников и магнитов. На основании этих исследований Фарадей пришел к выводу о том, что решающим условием возникновения индукционных токов является именно пересечение проводником линий магнитной силы. При этом, например, возникновение тока в одном проводнике при включении тока в другом, расположенном рядом [2, стр 45-49]. Фарадей предположил, что в пространстве вокруг проводника с током действуют особые электромагнитные силы, но не завершил работ, связанных с этим предположением.

«Современное состояние науки об электричестве кажется нам особенно неблагоприятным для теоретических рассуждений. Законы распределения электричества на поверхности проводников были аналитически выведены из опыта; некоторые области математической теории магнетизма установлены, тогда как в других областях отсутствуют опытные данные. Теория гальванической проводимости, а также теория взаимного притяжения проводников были сведены к математическим формулам, но не были приведены в связь с другими областями науки..»[2, стр. 63] - пишет Джеймс Клерк Максвелл, британский физик и математик, в своей статье, посвященной работам Фарадея. Он становится последователем фарадеевских работ. Дж. Максвелл был блестящим математиком, и поэтому основной заслугой ученого считается математическая теория электромагнитного поля, включающая в себя четыре уравнения, известные как уравнения Максвелла. Дж. Максвелл пришел к выводу, что переменное магнитное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное и т.д. Изменяющиеся электрические и магнитные поля, взаимно порождая друг друга, образуют единое переменное электромагнитное поле – электромагнитную волну. Возникнув в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света 300 000 км/с. Дж. Максвелл утверждал, что все явления, характерные для механических волн (отражение от препятствия, интерференция, дифракция, перенос энергии), имеют место и для электромагнитных волн. Они отличаются друг от друга только длиной.

Подтвердить на опыте электромагнитную теорию Максвелла удалось Г. Герцу, немецкому физику, в 1887 году. Для получения электромагнитных волн Герц применил прибор, состоящий из двух стержней, которые были разделены искровым промежутком, или вибратором Герца. При определенной разности потенциалов в промежутке между ними возникла искра – высокочастотный разряд, возбуждались колебания тока и излучалась электромагнитная волна. Для приема волн Герц применил резонатор – прямоугольный контур с промежутком, на концах которого укреплены небольшие медные шарики. Помимо доказательства существования электромагнитной волны, Герц изучил всея явления, типичные для любых волн: отражение от металлических поверхностей, преломление в большой призме из диэлектрика, интерференцию бегущей волны с отраженной от металлического зеркала и т.п. Через семь лет после Герца электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи.

Первый радиоприемник А.С.Попова

Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний – так Александр Степанович назвал свое изобретение в одноименной статье, опубликованной в «Журнале Русского физико-химического общества» в 1896 году. Он начинал с исследования явления, заложенного в опытах Лоджа, то есть изменение сопротивления металлических опилок под влиянием электрических колебаний. В результате он пришел к устройству прибора, служащего для объективных наблюдений электрических колебаний, пригодного как для лекционных целей, так и для регистрирования электрических пертурбаций, происходящих в атмосфере [3]. Далее он описывает подробно опыты Бранли и Минчини по созданию когерера, устройства, на принципе работы которого основано первый радиоприемник.

Суть открытия Бранли заключалась в том, что опилки некоторых металлов (железа, алюминия, цинка) в 100–200 раз меняют свое сопротивление, если где- то рядом появляется электрическая искра. Им был собран прибор, «чувствующий» электромагнитные волны, названный в последствии когерером (см. рис.1). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом.

Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает. Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его.

Рис. 1

Рис. 2

Александр Степанович особое внимание уделил выбору порошка, которым будет заполнять стеклянную трубку. Опыты показали, что наилучший эффект происходит при использовании железного порошка, «известного в продаже под названием «ferrum pulveratum»»[3]

Перейдем к описанию самого прибора. «.Прилагаемая схема (рис. 2) показывает расположение частей прибора. Трубка с опилками подвешена горизонтально между зажимами М и N на легкой часовой пружине, которая для большей эластичности согнута со стороны одного зажима зигзагом. Над трубкой расположен звонок так, чтобы при своем действии он мог давать легкие удары молоточком посредине трубки, защищенной от разбивания резиновым кольцом. Удобнее всего трубку и звонок укрепить на общей вертикальной дощечке. Реле может быть помещено как угодно.

Действует прибор следующим образом. Ток батареи в 4—5 вольт постоянно циркулирует от зажима Р к платиновой пластинке А, далее через порошок, содержащийся в трубке, к другой пластинке В и по обмотке электромагнита реле обратно к батарее. Сила этого тока недостаточна для притягивания якоря реле, но если трубка АВ подвергнется действию электрического колебания, то сопротивление мгновенно уменьшится, и ток увеличится настолько, что якорь реле притянется. В этот момент цепь, идущая от батареи к звонку, прерванная в точке С, замкнется, и звонок начнет действовать, но тотчас же сотрясения трубки опять уменьшат ее проводимость, и реле разомкнет цепь звонка. В моем приборе сопротивление опилок после сильного встряхивания бывает около 100 000 омов, а реле, имея сопротивление около 250 омов, притягивает якорь при токах от 5 до 10 миллиампер (пределы регулировки), т. е. когда сопротивление всей цепи падает ниже тысячи омов. На одиночное колебание прибор отвечает коротким звонком; непрерывно действующие разряды спирали отзываются довольно частыми, через приблизительно равные промежутки следующими звонками.»[3]

Как уже говорилось ранее, изначально Попов собирался применять свое изобретение в учебных целях, на лекциях по электромагнитным волнам, но потом нашел ему более интересное применение. А. С. Попов занимался исследованиями распространения радиоволн и регистрацией грозовой деятельности. Поэтому свой прибор он применяет для регистрации электромагнитных сигналов от различных источников. Одним из источников электромагнитных волн является электрическая искра. Получая искры в лаборатории, Попов с помощью своего прибора принимал их излучение на расстоянии 60 м, а сигналы от гигантских искр – молнии – на очень большом расстоянии. Этот прибор А.С.Попов назвал в 1895 году грозоотметчиком - прибор с регистрацией грозовой активности на вращающемся бумажном барабане или ленте. Скорость движения носителя, одного из грозоотметчиков, – 27 мм в час.

Так было положено начало радиометеорологии и службе слежения за радиопомехами. Чувствительность приемника была достаточно высока – макет грозоотметчика в Политехническом музее в Москве, изготовленный строго по описанию Александра Степановича, – срабатывает на искру в выключателе настольной лампы, расположенной в противоположной стороне здания. Также в 1896 г., сконструировав, специальный искровой передатчик, он подключает грозоотметчик к телеграфному аппарату (рис.7) и передает радиограмму на расстояние 250 м.

В его схеме впервые используется реле. Ничтожная энергия радиоволн действует не непосредственно, а используется для управления цепью тока. Звонок и когерер были первыми усилителями.

В 1895 г. Попов делает доклад под скромным названием «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» на очередном заседании Русского физико- химического общества. Среди присутствующих многие лица видели несколько лет назад демонстрацию опытов Герца. Опытов, при которых крошечную искру надо было рассматривать в лупу. Но, услышав бойкие трели звонка приемника Попова, все поняли, что родился телеграф без проводов, появилась возможность передавать сигналы на расстояние.

Конструкция первого приемника кажется на первый взгляд наивной: две дощечки, на которых закреплены когерер, звонок, реле и батарея. Более подробное изучение материалов по первому приемнику раскрывает секрет такой компоновки: прибор помещался в ящик-экран, к которому крепился параболический отражатель, фокусирующий электромагнитные колебания на четвертьволновый вибратор, сигнал с которого снимался через пружинный разъем.

В рабочей тетради Александр Степанович записал, что длина принимаемой волны определена неточно, так как он не умеет учитывать влияние отражателя на вибратор.

В то же время, другой изобретатель, итальянец Гульельмо Маркони, получает патент в Великобритании на похожее изобретение. Его мы рассмотрим в следующей главе.

Гульельмо Маркони

С 20 лет Маркони увлекся физикой, особый интерес у него вызывали исследования по теории электричества Джеймса Клерка Максвелла, Генриха Герца, Эдуарда Бранли, Оливера Лоджа и Аугусто Риги.

В 1894 г. Маркони прочитал об опыте, продемонстрированном в 1888 г.: электрическая искра, проскакивавшая через зазор между двумя металлическими шарами, порождала периодические колебания, или импульсы (волны Герца). Маркони сразу же пришла мысль использовать эти волны для передачи сигналов по воздуху без проводов. Следующие 40 лет своей жизни он посвятил беспроволочной телеграфии, добиваясь все большей эффективности и дальности передачи.

Получив консультацию у Риги, Маркони воспользовался вибратором Герца и когерером Бранли (детектором волн Герца, превращающим колебания в электрический ток) и передал сигнал, включивший электрический звонок, находившийся по другую сторону лужайки отцовского поместья. К середине 1895 г. Маркони создал более чувствительный и надежный когерер: включил телеграфный ключ в цепь передатчика, заземлил вибратор и присоединил один из его концов к металлической пластине, расположенной высоко над землей. В результате этих усовершенствований ему удалось передать сигнал на расстояние 1,5 мили. Поскольку итальянское правительство не проявило интереса к его изобретению, Маркони отправился в Англию в надежде найти там средства для продолжения исследований и развертывания коммерческого использования своего изобретения. В 1896 г. двоюродный брат Маркони Генри Джеймс Дэвис помог ему составить первую патентную заявку на изобретение в области радиотелеграфии.

Пребывание Маркони в Англии началось с неприятности: подозрительные таможенники разбили его беспроволочный аппарат. Восстановив свое детище, Маркони сумел привлечь к нему внимание британских предпринимателей и правительственных чиновников. В сентябре 1896 г., усовершенствовав свою систему, он передал сигнал на расстояние почти в 2 мили. Когда итальянское правительство призвало его на трехлетнюю военную службу, Маркони удалось обеспечить себе формальное прохождение службы, числясь курсантом военно-морского училища при итальянском посольстве в Лондоне. В мае 1897 г. он передал сигналы через Бристольский залив на расстояние 9 миль. В июле того же года Маркони и небольшая группа вкладчиков основали «Компанию беспроволочного телеграфа и сигналов», в задачу которой входила установка аппаратов на плавучих и наземных маяках вдоль побережья Англии.

В ходе работ Маркони обнаружил, что дальность передачи пропорциональна числу и длине используемых антенн. Чтобы передать сигнал на расстояние 28 миль через пролив Ла-Манш, М. использовал группу антенн, каждая из которых была высотой 150 футов. В 1900 г., опираясь на открытие Фердинанда Брауна, Маркони включил в свой передатчик конденсатор и катушку настройки, что позволило увеличить энергию сигнала. Конденсатор усиливал эффект колебаний, создаваемых искровым разрядником, а катушки позволили добиться совпадения периода колебаний в антенне с периодом усиленных колебаний. Эти две цепи отныне можно было настраивать так, чтобы колебания в них происходили согласованно и тем самым не было бы гашения колебаний вследствие интерференции. Это сводило до минимума затухание сигнала.

Тогда же Маркони усовершенствовал и прием сигнала, включив в приемник катушку настройки, в результате чего от принимаемого сигнала когереру передаются только колебания, настроенные на колебания передатчика. Этим исключается прием сигналов, передаваемых всеми остальными антеннами. Патент №7777, выданный в апреле 1900 г., по существу, закреплял за Маркони монополию на использование настроенных друг на друга передатчиков и приемников. Основанная им компания была переименована в «Компанию беспроволочной телеграфии Маркони».

В январе 1901 г. он установил беспроволочный контакт между некоторыми пунктами на побережье Англии, отстоящими друг от друга на расстоянии 186 миль. В конце того же года, находясь в Сент-Джоне на острове Нью-Фаундленд, Маркони принял сигнал, переданный через Атлантический океан из Корнуолла (Великобритания). Сигнал преодолел расстояние в 2100 миль. В 1902 г. М. передал первый беспроволочный сигнал через Атлантику с запада на восток. В 1905 г. он взял патент на направленную передачу сигналов. В 1907 г. М. открыл первую трансатлантическую службу беспроволочной связи, а в 1912 г. получил патент на усовершенствованную регулируемую во времени искровую систему для генерирования передаваемых волн.

Маркони и Браун были вместе удостоены Нобелевской премии по физике 1909 г. «в знак признания их заслуг в развитии беспроволочной телеграфии». Отмечая теоретические исследования Майкла Фарадея, Генриха Герца и других предшественников М., Ханс Хильдебрандт из Шведской королевской академии отметил, что «главное (помимо неукротимой энергии, с которой М. шел к им же самим поставленной цели) было достигнуто, когда М. благодаря природным способностям удалось воплотить всю систему в виде компактной, пригодной для практического использования конструкции».

Маркони или Попов

Итальянский изобретатель Г. Маркони начал свои опыты несколько позже Попова. Об этом свидетельствует тот факт, что изобретение было показано публике только лишь 2 июля 1897 году, то есть через 26 месяцев после выступления А. С. Попова на заседании Русского физико-химического общества в Санкт – Петербурге. В устройстве Маркони должны были быть очень существенные отличия, чтобы считать его изобретателем радио. Но таких отличий нет. Дополнительные шунтирующие резисторы и еще одна батарея для питания реле могут быть отнесены только к несущественным пополнениям, вряд ли оказывающим заметное положительное влияние на стабильность работы устройства.

Почему же Александр Степанович сам не смог вовремя запатентовать свое изобретение и не ждать, пока это сделают другие? Дело в том, что Попов никогда не гнался за властью и деньгами, и для него патент ничего не значил. Он шел в одном ряду с Фарадеем, Максвеллом и Герцем, никогда не патентовавшими свои изобретения и считавшими их достоянием науки, достоянием науки и всего человечества.

Но нельзя не отметить и заслугу Г. Маркони, который считается первым в области коммерческого применения радиосвязи. Основанная им фирма успешно совершенствовала оборудование, ему приписывается первое применение передающих антенн. Но и это не мало, так что имя Маркони следует произносить с уважением, не забывая в то же время, что бесспорный, признанный во всем мире приоритет в создании радио принадлежит скромному русскому ученому А.С. Попову.

В заключение хочется сказать, что благодаря этим двум ученым мир открыл для себя новую страничку в развитии. Создание радио является одним из величайших открытий, наверно за всю историю человечества.

Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CE%EF%FB%F2_%DD%F0%F1%F2%E5%E4%E0

2. C. М. Рытов «Из предыстории радио» Выпуск1, изд. 1948 г, Под ред. Л. И. Мандельштама

3. Статья А. С. Попова «Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний»

4. http://www.nnews.nnov.ru/news/2009/05/06/about-beavers/patent/

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: