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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Lampe électrique. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un tube électronique ou tube radio est un appareil électrique à vide (plus précisément, un appareil électronique à vide) qui fonctionne en contrôlant l'intensité du flux d'électrons se déplaçant dans le vide ou dans un gaz raréfié entre les électrodes. Les tubes radio ont été largement utilisés au XXe siècle comme éléments actifs d'équipements électroniques (amplificateurs, générateurs, détecteurs, interrupteurs, etc.). Actuellement, ils sont presque entièrement remplacés par des dispositifs semi-conducteurs. Parfois, ils sont également utilisés dans de puissants émetteurs haute fréquence et dans des équipements audio.
L'invention de la lampe à électrons est directement liée au développement de la technologie d'éclairage. Au début des années 80 du XIXème siècle, le célèbre inventeur américain Edison améliorait la lampe à incandescence. L'un de ses inconvénients était la diminution progressive du rendement lumineux due au ternissement de l'ampoule dû à l'apparition d'une tache sombre à l'intérieur du verre. En enquêtant sur les causes de cet effet en 1883, Edison remarqua que souvent sur le verre terni du cylindre dans le plan de la boucle de fil il y avait une bande claire, presque non assombrie, et cette bande s'est toujours avérée être du côté de la lampe où se trouvait l'entrée positive du circuit du filament. Il semblait que la partie du filament de carbone adjacente à l'entrée négative émettait les plus petites particules de matériau d'elle-même. Passant devant le côté positif du filament, ils couvraient partout l'intérieur du récipient en verre, à l'exception de cette ligne à la surface du verre, qui, pour ainsi dire, était masquée par le côté positif du filament. L'image de ce phénomène est devenue plus évidente lorsqu'Edison a inséré une petite plaque de métal à l'intérieur du récipient en verre, en la plaçant entre les entrées de filament. En connectant cette plaque à travers un galvanomètre avec l'électrode positive du fil, il était possible d'observer le courant électrique circulant dans l'espace à l'intérieur du ballon.
Edison a suggéré que le flux de particules de carbone émises par le côté négatif du filament fait partie du chemin entre le filament et la plaque qu'il a introduite conductrice, et a constaté que ce flux est proportionnel au degré d'incandescence du filament, ou, en autrement dit, la puissance lumineuse de la lampe elle-même. Ceci, en fait, met fin à l'étude d'Edison. L'inventeur américain ne pouvait alors imaginer quelle grande découverte scientifique il était sur le point de faire. Près de 20 ans se sont écoulés avant que le phénomène observé par Edison reçoive son explication complète correcte. Il s'est avéré que lorsqu'un filament de lampe placé dans le vide est fortement chauffé, il commence à émettre des électrons dans l'espace environnant. Ce processus est appelé émission thermionique et peut être considéré comme l'évaporation des électrons du matériau du filament. L'idée de la possibilité d'une utilisation pratique de "l'effet Edison" est venue pour la première fois au scientifique anglais Fleming, qui a créé en 1904 un détecteur basé sur ce principe, appelé "tube à deux électrodes", ou "diode" de Fleming. La lampe de Fleming était une bouteille en verre ordinaire remplie de gaz raréfié. Un filament a été placé à l'intérieur du ballon avec un cylindre métallique l'enfermant. L'électrode chauffée de la lampe émettait en continu des électrons, qui formaient un "nuage d'électrons" autour d'elle. Plus la température de l'électrode est élevée, plus la densité du nuage d'électrons est élevée. Lorsque les électrodes de la lampe étaient connectées à une source de courant, un champ électrique se produisait entre elles. Si le pôle positif de la source était connecté à une électrode froide (anode) et le pôle négatif à une électrode chauffée (cathode), alors sous l'action d'un champ électrique, les électrons ont partiellement quitté le nuage d'électrons et se sont précipités vers le froid électrode. Ainsi, un courant électrique s'est établi entre la cathode et l'anode. Lorsque la source est allumée dans le sens opposé, l'anode chargée négativement repousse les électrons d'elle-même et la cathode chargée positivement les attire. Dans ce cas, il n'y avait pas de courant électrique. C'est-à-dire que la diode Fleming avait une conductivité unilatérale prononcée.
Étant incluse dans le circuit de réception, la lampe agissait comme un redresseur, faisant passer le courant dans un sens et ne le faisant pas passer dans le sens opposé, et pouvait ainsi servir de guide d'onde - détecteur. Pour augmenter légèrement la sensibilité de la lampe, un potentiel positif sélectionné de manière appropriée a été appliqué. En principe, le circuit de réception avec une lampe Fleming n'était presque pas différent des autres circuits radio de l'époque. Il était inférieur en sensibilité au schéma avec un détecteur de type magnétique, mais il avait une fiabilité incomparablement plus grande. Une autre réalisation remarquable dans le domaine de l'amélioration et de l'application technique du tube à vide fut l'invention en 1907 par l'ingénieur américain De Forest d'une lampe contenant une troisième électrode supplémentaire. Cette troisième électrode a été appelée par l'inventeur "grille", et la lampe elle-même - "audin", mais en pratique un autre nom lui a été attribué - "triode". La troisième électrode, comme on peut le voir d'après son nom, n'était pas continue et pouvait faire passer des électrons volant de la cathode à l'anode. Lorsqu'une source de tension était allumée entre la grille et la cathode, un champ électrique se produisait entre ces électrodes, ce qui influençait fortement le nombre d'électrons atteignant l'anode, c'est-à-dire l'intensité du courant traversant la lampe (l'intensité du courant anodique). Avec une diminution de la tension appliquée à la grille, la force du courant d'anode a diminué, avec une augmentation, elle a augmenté. Si une tension négative était appliquée à la grille, le courant d'anode s'arrêtait complètement - la lampe s'est avérée "verrouillée". Une propriété remarquable de la triode était que le courant de commande pouvait être plusieurs fois inférieur au courant principal - des changements de tension insignifiants entre la grille et la cathode provoquaient des changements assez importants dans le courant d'anode. Cette dernière circonstance a permis d'utiliser la lampe pour amplifier de petites tensions alternatives et a ouvert des possibilités inhabituellement larges pour son application pratique. L'apparition d'une lampe à trois électrodes a conduit à l'évolution rapide des circuits de réception radio, puisqu'il est devenu possible d'amplifier le signal reçu par dizaines et centaines de fois. La sensibilité des récepteurs a été multipliée par plusieurs. L'un des premiers circuits récepteurs à tube a été proposé déjà en 1907 par le même De Forest.
Une boucle LC est ici connectée entre l'antenne et la masse, aux bornes de laquelle apparaît une tension alternative haute fréquence, formée sous l'action de l'énergie reçue de l'antenne. Cette tension était appliquée à la grille de la lampe et contrôlait les fluctuations du courant anodique. Ainsi, des oscillations amplifiées du signal reçu étaient obtenues dans le circuit anodique, ce qui pouvait mettre en mouvement la membrane du téléphone inclus dans le même circuit. La première lampe Audin à trois électrodes de De Forest présentait de nombreux inconvénients. L'emplacement des électrodes à l'intérieur était tel que la majeure partie du flux d'électrons ne tombait pas sur l'anode, mais sur un récipient en verre. L'effet de contrôle de la grille s'est avéré insuffisant. La lampe était mal évacuée et contenait un nombre important de molécules de gaz. Ils ont ionisé et continuellement bombardé le filament, ayant un effet dévastateur sur celui-ci. En 1910, l'ingénieur allemand Lieben a créé un tube à vide à triode amélioré, dans lequel la grille était réalisée sous la forme d'une feuille d'aluminium perforée et placée au centre du cylindre, le divisant en deux parties. Au bas de la lampe se trouvait le filament, en haut - l'anode. Une telle disposition de la grille permettait de renforcer son action de contrôle, puisque tout le flux d'électrons la traversait. L'anode de cette lampe avait la forme d'une brindille ou d'une spirale de fil d'aluminium, et un filament de platine servait de cathode. Lieben a accordé une attention particulière à l'augmentation des propriétés d'émission de la lampe. A cet effet, il a d'abord été proposé d'enrober le filament d'une fine couche d'oxyde de calcium ou de baryum. De plus, de la vapeur de mercure a été introduite dans le ballon, ce qui a créé une ionisation supplémentaire et ainsi augmenté le courant cathodique.
Ainsi, le tube à vide a d'abord été utilisé comme détecteur, puis comme amplificateur. Mais il n'a acquis une place de leader dans l'ingénierie radio qu'après avoir découvert la possibilité de l'utiliser pour générer des oscillations électriques non amorties. Le tout premier générateur à tubes a été créé en 1913 par le remarquable ingénieur radio allemand Meissner. Basé sur la triode de Lieben, il construisit également le premier émetteur radiotéléphonique au monde et en juin 1913 établit une liaison radiotéléphonique entre Nauen et Berlin à une distance de 36 km.
Le générateur à tube contenait un circuit oscillatoire composé d'une inductance L et d'un condensateur C. Si un tel condensateur est chargé, des oscillations amorties se produisent dans le circuit. Pour éviter que les oscillations ne s'éteignent, il faut compenser les pertes d'énergie pour chaque période. Par conséquent, l'énergie provenant d'une source de tension constante doit entrer périodiquement dans le circuit. À cette fin, une triode à tube a été incluse dans le circuit électrique du circuit oscillant, de sorte que les oscillations du circuit soient transmises à sa grille. Le circuit anodique de la lampe comprenait une bobine Lc couplée par induction à la bobine L du circuit oscillant. Au moment où le circuit est allumé, le courant de la batterie, augmentant progressivement, se déplace à travers la triode et la bobine Lc. Dans ce cas, selon la loi de l'induction électromagnétique, il y aura un courant électrique dans la bobine L, qui charge le condensateur C. La tension des plaques du condensateur, comme on peut le voir sur le schéma, est fournie à la cathode et la grille. Lorsqu'elle est allumée, la plaque de condensateur chargée positivement est connectée à la grille, c'est-à-dire qu'elle la charge positivement, ce qui contribue à augmenter le courant traversant la bobine Lc. Cela continuera jusqu'à ce que le courant d'anode atteigne son maximum (après tout, le courant dans la lampe est déterminé par le nombre d'électrons évaporés de la cathode, et leur nombre ne peut pas être illimité - augmentant jusqu'à un certain maximum, ce courant n'augmente plus avec un augmentation de la tension du réseau). Lorsque cela se produit, un courant constant traversera la bobine Lc. Étant donné que le couplage inductif ne se produit qu'avec un courant alternatif, il n'y aura pas de courant dans la bobine L. En conséquence, le condensateur commencera à se décharger. La charge positive de la grille diminuera donc, ce qui affectera immédiatement l'amplitude du courant d'anode - elle diminuera également. Par conséquent, le courant traversant la bobine Lc va également diminuer, ce qui va créer un courant en sens inverse dans la bobine L. Par conséquent, lorsque le condensateur C est déchargé, le courant décroissant à travers Lc induira toujours un courant dans la bobine L, de sorte que les plaques du condensateur seront chargées, mais dans le sens opposé, de sorte qu'une charge négative s'accumulera sur la plaque connecté au réseau. Cela entraînera éventuellement un arrêt complet du courant d'anode - le flux de courant à travers la bobine L s'arrêtera à nouveau et le condensateur commencera à se décharger. En conséquence, la charge négative sur la grille sera de moins en moins importante, le courant d'anode réapparaîtra, ce qui augmentera. Ainsi, tout le processus sera répété depuis le début. D'après cette description, on peut voir qu'un courant alternatif traversera la grille de la lampe, dont la fréquence est égale à la fréquence propre du circuit oscillant LC. Mais ces oscillations ne seront pas amorties, mais constantes, puisqu'elles sont entretenues par l'ajout constant d'énergie de la batterie à travers la bobine Lc, qui est reliée par induction à la bobine L. L'invention du générateur de tubes a permis de franchir une étape importante dans la technologie des radiocommunications - en plus de la transmission de signaux télégraphiques constitués d'impulsions courtes et plus longues, une communication radiotéléphonique fiable et de haute qualité est devenue possible - c'est-à-dire la transmission de la parole humaine et la musique utilisant des ondes électromagnétiques. Il peut sembler que la communication radiotéléphonique n'a rien de compliqué. En fait, les vibrations sonores sont facilement converties en vibrations électriques à l'aide d'un microphone. Pourquoi, en les amplifiant et en les alimentant dans l'antenne, ne pas transmettre la parole et la musique à distance de la même manière que le code Morse était transmis auparavant ? Cependant, en réalité, ce mode de transmission n'est pas envisageable, car seules de puissantes oscillations à haute fréquence sont bien rayonnées à travers l'antenne. Et les vibrations lentes de la fréquence sonore excitent des ondes électromagnétiques dans l'espace si faibles qu'il n'y a aucun moyen de les recevoir. Par conséquent, avant la création de générateurs à tubes produisant des oscillations à haute fréquence, les communications radiotéléphoniques semblaient être une tâche extrêmement difficile. Pour transmettre le son, ces vibrations sont modifiées ou, comme on dit, modulées par des vibrations à basse fréquence (sonore). L'essence de la modulation réside dans le fait que les oscillations haute fréquence du générateur et les oscillations basse fréquence du microphone se superposent et alimentent ainsi l'antenne.
La modulation peut se produire de différentes manières. Par exemple, un microphone est inclus dans le circuit d'antenne. Étant donné que l'impédance d'un microphone change avec les ondes sonores, le courant dans l'antenne changera à son tour; en d'autres termes, au lieu d'oscillations d'amplitude constante, nous aurons des oscillations d'amplitude variable - un courant modulé de haute fréquence. Le signal haute fréquence modulé reçu par le récepteur, même après amplification, n'est pas susceptible de provoquer des oscillations de la membrane téléphonique ou du pavillon du haut-parleur avec une fréquence audio. Il ne peut provoquer que des vibrations à haute fréquence qui ne sont pas perçues par notre oreille. Par conséquent, il est nécessaire d'effectuer le processus inverse dans le récepteur - pour sélectionner un signal audiofréquence à partir d'oscillations modulées à haute fréquence - ou, en d'autres termes, pour détecter le signal. La détection a été effectuée à l'aide d'une diode à vide. La diode, comme déjà mentionné, ne faisait passer le courant que dans une seule direction, transformant le courant alternatif en un courant pulsé. Ce courant pulsé a été lissé avec un filtre. Le filtre le plus simple pourrait être un condensateur connecté en parallèle avec le combiné.
Le filtre fonctionnait ainsi. À ce moment-là, lorsque la diode a passé le courant, une partie de celle-ci s'est ramifiée dans un condensateur et l'a chargée. Dans les intervalles entre les impulsions, lorsque la diode était bloquée, le condensateur se déchargeait sur le tube. Par conséquent, dans l'intervalle entre les impulsions, le courant traversait le tube dans le même sens que l'impulsion elle-même. Chaque impulsion suivante rechargeait le condensateur. De ce fait, un courant audiofréquence a traversé le tube, dont la forme reproduisait presque complètement la forme du signal basse fréquence à la station émettrice. Après amplification, les vibrations électriques à basse fréquence se sont transformées en son ; Le récepteur détecteur le plus simple est constitué d'un circuit oscillant relié à une antenne et d'un circuit relié au circuit, composé d'un détecteur et d'un téléphone. Les premiers tubes à vide étaient encore très imparfaits. Mais en 1915, Langmuir et Guede ont proposé un moyen efficace de pomper les lampes à de très basses pressions, grâce auxquelles les lampes à vide ont remplacé les lampes à ions. Cela a amené la technologie électronique à un niveau beaucoup plus élevé. Auteur : Ryzhov K.V.
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