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.