Audion

En audion  är ett elektroniskt detekterande eller förstärkande vakuumrör [1] som uppfanns av den amerikanske elektroingenjören Lee de Forest 1906 [2] . Det var den första trioden [3] som bestod av ett evakuerat glasrör som innehöll tre elektroder : en uppvärmd glödtråd , ett galler och en platta . Det var den första allmänt använda elektroniska enheten som hade förstärkning ; en liten elektrisk signal som appliceras på nätet kan styra en stor ström som flyter från glödtråden till plattan.

Den ursprungliga audiontrioden hade mer restgas i röret än senare versioner och vakuumrör ; den ytterligare restgasen begränsade det dynamiska området och gav audion icke-linjära egenskaper och variabel effektivitet [4] . Ursprungligen utvecklad som en radiodetektor [5] genom att lägga till en mesh-elektrod till en Fleming-ventil , såg den liten användning tills dess förstärkningskraft upptäcktes 1912 av flera utredare. Sedan användes den för att skapa de första radiomottagarna och elektroniska generatorerna [6] . Många praktiska förstärkningstillämpningar motiverade dess snabba utveckling, och den ursprungliga audion ersattes inom några år av förbättrade versioner med renare vakuum [7] .

Historik

Från mitten av 1800-talet var det känt att brinnande gas hade elektrisk ledningsförmåga , och tidiga trådlösa försöksledare märkte att denna ledningsförmåga påverkades av närvaron av radiovågor . De Forest fann att en gas i ett partiellt vakuum , uppvärmd av en vanlig glödlampa , betedde sig på ungefär samma sätt, och att om en tråd lindades runt en glasmonter kunde enheten fungera som en radiosignaldetektor. I hans ursprungliga design var en liten metallplatta förseglad i lampkroppen, som var ansluten till den positiva polen på ett 22-volts batteri via ett par hörlurar , den negativa polen var ansluten till ena sidan av lampans glödtråd. När trådlösa signaler applicerades på en tråd som lindades runt utsidan av glaset orsakade de störningar i strömmen som producerade ljud i hörlurarna.

Detta var en betydande utveckling eftersom befintliga kommersiella trådlösa system till stor del skyddades av patent ; en ny typ av detektor skulle göra det möjligt för De Forest att marknadsföra sitt eget system. Han fann så småningom att anslutningen av antennkretsen till en tredje elektrod direkt i strömbanan ökade känsligheten avsevärt; i sina tidiga versioner var det bara en bit tråd böjd till en gallerform.

Audion gav kraftökningen; med andra detektorer måste all kraft för att styra hörlurarna komma från själva antennkretsen. Följaktligen kunde svaga sändare höras över långa avstånd.

Patent och tvister

De Forest och andra ingenjörer vid den tiden underskattade kraftigt potentialen hos sin ursprungliga enhet, och trodde att den skulle vara begränsad till mestadels militära applikationer. Noterbart såg han uppenbarligen aldrig dess potential som en telefonrepeaterförstärkare , även om råa elektromekaniska förstärkare har varit telefonindustrins elände i minst två decennier.

De Forest fick patent på sin tidiga version av Audion med två elektroder den 13 november 1906 ( US-patent 841 386 ) och versionen "triod" (tre elektroder) patenterades 1908 ( amerikanskt patent 879 532 ). De Forest fortsatte med att hävda att han utvecklade audion oberoende av John Ambrose Flemings tidigare forskning om termionventiler (som Fleming fick brittiska patentet 24850 och US -patentet 803 684 för ), och De Forest blev indragen i många radiorelaterade patenttvister. Han hänvisade alltid till vakuumtrioder som utvecklats av andra forskare som "oscillaudions", även om det inte finns några bevis för att han gjort något betydande bidrag till deras utveckling. Det är sant att efter uppfinningen av vakuumtrioden 1913 fortsatte De Forest att designa olika typer av sändnings- och mottagningsenheter. Men medan han generellt beskrev dessa enheter som att använda "ljud", använde de faktiskt högvakuumtrioder, med en krets som mycket liknar den som utvecklats av andra experimentörer.

1914 arbetade Columbia University -studenten Edwin Howard Armstrong tillsammans med professor John Harold Morecroft för att dokumentera de elektriska principerna för audion. Armstrong publicerade sin förklaring av audion i december 1914, komplett med oscilloskopkretsar och grafer . I mars och april 1915 talade Armstrong vid Institute of Radio Engineers i New York och Boston och presenterade sin artikel "Some Recent Developments in the Field of Audio Receiver", som publicerades i september [8] . Kombinationen av dessa två verk har tryckts om i andra tidskrifter som Annals of the New York Academy of Sciences [9] . När Armstrong och De Forest senare stötte på varandra över ett patent på en regenerativ radiomottagare , hävdade Armstrong övertygande att De Forest fortfarande inte förstod hur han arbetade [10] . Problemet var att De Forests ursprungliga patent visade att lågtrycksgasen inuti audionen var nödvändig för att den skulle fungera (audio är en förkortning för "audio ion"), och faktiskt hade tidiga audioner allvarliga tillförlitlighetsproblem på grund av det faktum att denna gas adsorberades av metallelektroder . Ibland fungerade audionerna mycket bra, och ibland fungerade de knappt.

Liksom De Forest själv har många forskare försökt hitta sätt att öka enhetens tillförlitlighet genom att stabilisera det partiella vakuumet. Mycket av forskningen som ledde till skapandet av äkta vakuumrör utfördes av Irving Langmuir vid General Electrics (GE) forskningslaboratorier .

Kenotron och Pliotron

Langmuir hade länge misstänkt att några av de förmodade begränsningarna för driften av olika elektriska apparater med lågt tryck och vakuum kanske inte alls var grundläggande fysiska begränsningar, utan helt enkelt på grund av föroreningar och föroreningar i tillverkningsprocessen. Hans första framgång var att visa att glödlampor kunde fungera mer effektivt och hålla längre om glaskolven fylldes med en lågtrycks inert gas snarare än ett fullt vakuum. Detta fungerade dock bara om gasen som användes var noggrant renad från alla spår av syre och vattenånga . Uppfinnaren använde sedan samma tillvägagångssätt för att tillverka en likriktare för de nyutvecklade Coolidge -röntgenrören . Återigen, i motsats till vad många tror att detta var möjligt, genom noggrann renlighet och uppmärksamhet på detaljer, kunde han skapa versioner av Fleming -dioden som kunde korrigera hundratusentals volt. Hans likriktare kallades "Kenotrons" från grekiskans keno (tom, innehåller ingenting, som i ett vakuum) och tron ​​(enhet). Han vände sedan sin uppmärksamhet mot det eustachiska röret , återigen misstänkte han att dess ökända oförutsägbara beteende kunde justeras under produktionen. Men forskaren valde ett något oortodoxt tillvägagångssätt. Istället för att försöka stabilisera det partiella vakuumet, undrade han om audionen kunde fås att fungera med kenotronens fulla vakuum, eftersom det var lättare att stabilisera.

Langmuir insåg snart att hans "vakuum" audion hade markant andra egenskaper från De Forests version och var i själva verket en helt annan enhet, kapabel till linjär förstärkning och vid mycket högre frekvenser. För att skilja sin enhet från audionen kallade han den pliotronen, från grekiskans plio (mer - i denna mening betyder förstärkning, mer signal kommer ut än går in). I huvudsak hänvisade han till alla sina vakuumrördesigner som kenotroner, där pliotronen i grunden är en specialiserad typ av kenotron. Men eftersom pliotronen och kenotronen var registrerade varumärken, tenderade tekniska skribenter att använda den mer allmänna termen "vakuumrör". I mitten av 1920-talet började termen "kenotron" uteslutande hänvisa till vakuumrörlikriktare, medan termen "pleotron" gick ur bruk.

Tillämpning i praktiken

De Forest fortsatte att tillverka och leverera audion till den amerikanska flottan för att serva befintlig utrustning fram till början av 1920-talet, men på andra håll ansågs de vara verkligt föråldrade vid den tiden. Det var vakuumtrioden som gjorde praktiska radiosändningar till verklighet. Före tillkomsten av audion använde radiomottagare en mängd olika detektorer inklusive coherers , barretters och kristalldetektorer . Den mest populära kristalldetektorn bestod av en liten bit galenakristall , sonderad med en tunn tråd, vanligen kallad "kattens morrhårsdetektor". De var mycket opålitliga, krävde frekventa morrhårsjusteringar och gav ingen vinst. Sådana system krävde vanligtvis att användaren lyssnade på signalen genom hörlurar , ibland med mycket låg volym, eftersom nästan all energi som var tillgänglig för att använda hörlurarna absorberades av antennen. Långdistanskommunikation krävde vanligtvis enorma antenner, och stora mängder elektrisk kraft matades in i sändaren.

Audion var en betydande förbättring jämfört med dessa, men de ursprungliga enheterna kunde inte ge någon efterföljande förstärkning av den detekterade signalen. Senare vakuumtrioder gjorde det möjligt att förstärka signalen till vilken nivå som helst, vilket vanligtvis matade in den förstärkta utsignalen från en triod till nästa, vilket så småningom gav mer än tillräckligt med kraft för att driva en högtalare i full storlek . Dessutom kunde de förstärka inkommande radiosignaler innan detekteringsprocessen, vilket gjorde den mycket effektivare.

Vakuumrör har också använts för att göra utmärkta radiosändare. Kombinationen av mycket effektivare sändare och mycket känsligare mottagare revolutionerade radiokommunikationen under första världskriget . I slutet av 1920-talet hade dessa " rörradioapparater " blivit en integrerad del av de flesta hushåll i västvärlden och förblev så länge efter introduktionen av transistorradioapparater i mitten av 1950-talet.

I modern elektronik har vakuumröret till stor del ersatts av solid state-enheter , såsom transistorn, uppfann 1947 och implementerad i integrerade kretsar 1959, även om vakuumrör finns kvar till denna dag i applikationer som högeffektsändare, gitarrförstärkare, och mer, högfientlig ljudutrustning.

Anteckningar

1. ↑ Okamura, Sōgo (1994). Historia om elektronrör Arkiverad 20 april 2021 på Wayback Machine . iOS Tryck. pp. 17-22. ISBN 9051991452 .
2. ↑ Godfrey, Donald G. (1998). "Audio". Historical Dictionary of American Radio . Greenwood Publishing Group. sid. 28. ISBN 978-0-313-29636-9 .
3. ↑ Amos, SW (2002). Triod. Newnes Dictionary of Electronics, 4:e upplagan . newnes. sid. 331. ISBN 978-0-08-052405-4 .
4. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Planar Microwave Engineering: A Practical Guide to Theory, Measurement and Circuits Arkiverad 20 april 2021 på Wayback Machine . Cambridge University Press. pp. 13-14. ISBN 0-521-83526-7 .
5. ↑ De Forest, Lee (januari 1906). The Audion; En ny mottagare för trådlös telegrafi Arkiverad 20 april 2021 på Wayback Machine . Trans. AIEE . American Institute of Electrical and Electronic Engineers. 25 : 735-763.
6. ↑ Hempstead, Colin; Worthington, William E. (2005). Encyclopedia of 20th-Century Technology, Vol. 2 Arkiverad 27 juli 2021 på Wayback Machine . Taylor och Francis. sid. 643. ISBN 1-57958-464-0 .
7. ↑ Nebeker, Frederick (2009). Dawn of the Electronic Age: Electrical Technologies in the Shaping of the Modern World, 1914 till 1945 Arkiverad 23 juni 2021 på Wayback Machine . John Wiley & Sons. pp. 14-15. ISBN 978-0-470-40974-9 .
8. ↑ Armstrong, EH (september 1915). "Några senaste utvecklingar i Audion-mottagaren" Arkiverad 22 april 2021 på Wayback Machine . IRE:s förfaranden . 3 (9): 215-247.
9. ↑ Armstrong, EH (12 december 1914). "Funktioner för Audion" . elektriska världen . 64 (24): 1149-1152.
10. ↑ McNicol, Donald Monroe (1946). Radio's Conquest of Space den experimentella ökningen av radiokommunikation Arkiverad 22 april 2021 på Wayback Machine . Taylor och Francis. pp. 178-184.

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	GND : 1036508315