Электронная лампа Флеминга
Изобретение радио предшествовало возникновению электроники — науки о взаимодействии электронов с электромагнитными полями и о создании электронных приборов. Рождению электроники способствовало совершенствование компонентов радиоприёмников. В 1904 г. английский радиотехник Джон Флеминг изобрёл электронную лампу, заменившую неудобный когерер в качестве детектора (волноуказателя) радиоприёмника. Это изобретение открыло путь к созданию электронных приборов, преобразующих электромагнитную энергию в сигналы, кодирующие информацию для её передачи, обработки и хранения.
Загадка тёмного пятна
Т. Эдисон, разрабатывая электрические лампы, столкнулся с проблемой потускнения ламповых колб. Исследуя эту загадку, Эдисон в 1883 г. обнаружил, что на стекле оставалась незатемнённая полоса с той стороны, где нить накала подключалась к «+» полюсу источника тока (аноду). Казалось, будто анод перекрывал путь частицам, испускаемым «отрицательной» стороной нити — катодом, не давая им осесть на стекле.
В сути «эффекта Эдисона» разобрались с открытием в 1897 г. электрона. Выяснилось, что частицы, оседающие на колбе лампы, — это электроны, которые при сильном нагреве испускает материал нити накаливания. Это «испарение» электронов назвали термоэлектронной эмиссией. Электроны, покинув нагретую нить, сообщают ей «+» заряд, притягивающий их обратно с силой, примерно равной силе их отталкивания. Равновесие этих сил удерживает электроны в «облаке» вокруг нити. Концентрация электронов в этом «облаке» тем выше, чем выше температура накала.
Лампа как детектор
В 1904 г. Дж. Флеминг, сотрудник одной из компаний Эдисона, создал на основе «эффекта Эдисона» электронную лампу с двумя электродами — нагретым (нитью накала) и холодным (медной пластиной). Холодный электрод при подключении к «+» полюсу источника тока становился анодом, а нагретый электрод, подключённый к «-» полюсу, — катодом. При этом электроны, «испаряющиеся» из катода, стали течь к аноду, создавая ток в цепи. Флеминг нашёл своей лампе практическое применение в качестве детектора радиоприёмника, подключив катод и анод лампы к полюсам принимающей антенны. В момент улавливания антенной электромагнитной волны катод и анод, связанные только проводом от антенны, замыкались в цепь, и возникновение в ней тока фиксировало прохождение волны. Компактные и точные электронные лампы, называемые также радиолампами, сменили когереры и прочие громоздкие и ненадёжные детекторы, применявшиеся в радиоприёмниках начала XX в.
Лампа как выпрямитель
Электронная лампа могла проводить ток только в одном направлении — только когда холодный электрод запитывался от «+» полюса источника тока, потому что «-» заряженный электрод не сможет притягивать электроны из «облака». При подключении радиолампы к источнику переменного тока, у которого полярность постоянно меняется, лампа будет передавать в цепь только ток того направления, при котором полюс, к которому присоединён холодный электрод, будет «+». Таким образом, электронная лампа могла преобразовывать переменный ток в постоянный, пригодный для работы электроприборов. Благодаря радиолампе неуклюжие и неэкономичные механические коммутаторы и «выпрямители» XIX в. ушли в прошлое.
Развитие идеи
Радиолампы были слишком велики для создания электронных микросхем, без которых невозможно создать миниатюрные электронные приборы. В 1947 г. американцы У. Шокли, Дж. Бардин и У. Браттейн создали миниатюрный транзистор, способный слабым входным сигналом «включать» мощный ток в основной электрической цепи. Появление транзисторов подхлестнуло развитие электроники — появились компактные радиоприёмники и телевизоры, компьютеры, цифровые технологии. Современные транзисторы — основа микросхем всех цифровых систем: сотовых телефонов, фотоаппаратов, систем навигации и пр.
