Россия - родина Радио. Исторические очерки: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Новый исторический этап развития радиоэлектроники наступил с изобретением транзисторов. Полупроводниковые триоды, как тогда их называли, становятся непременной и существенной частью радиоэлектронных систем. Их применение приводит к коренным изменениям в радиоэлектронной аппаратуре — как схемотехническим, так и конструктивным.

Первые промышленные разработки полупроводниковых приборов в СССР относятся к 1947 году, когда в НИИ «ИСТОК» были внедрены в производство СВЧ диоды для радиолокационных систем сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Эти работы были проведены под руководством А.В. Красилова. Первая публикация в СССР 1948 года под названием «Кристаллический триод» также принадлежит А.В. Красилову [7]. Он же в 1949 г. совместно с С.Г. Мадоян создает первый в СССР макетный образец действующего транзистора. 14 сентября 2010 года в ФГПУ «Пульсар» отмечалось столетие со дня рождения А.В. Красилова — создателя первых отечественных транзисторов, д. т. н., лауреата Сталинской премии, заслуженного деятеля науки Российской Федерации.

Первыми транзисторами, выпущенными отечественной промышленностью в НИИ «ИСТОК» (НИИ-160) были точечные триоды КС1, КС2, КСЗ, КС4, КС5, КС6, КС7, и КС8. Первые шесть типов предназначались для использования в усилительных схемах на частотах не выше 5 МГц, два последних типа были предназначены для генерирования колебаний до 1,5 МГц (КС7) и до 5 МГц (КС8). Вскоре триоды типа КС были сняты с производства и заменены новой модификацией более высокочастотных (до 10 МГц) точечных триодов С1 (усилительные триоды) и С2 (генераторные триоды) и их варианты в герметичных корпусах СЗ и С4.

Первыми промышленными типами плоскостных триодов в СССР являлись сплавные германиевые триоды типа П1, П2 и ПЗ, выпуск которых начался с 1955 г. (первые варианты этих триодов имели маркировку КСВ-1, КСВ-2 и КСВ-3). Вскоре на смену этих транзисторов пришли мощные транзисторы П4 и миниатюрные транзисторы П5. Максимально допустимый ток коллектора для триодов П4 составлял 5А. А транзисторы П5 отличались низким коэффициентом шумов, допускающим их использование во входных каскадах высокочувствительных усилителей низкой частоты, например в слуховых аппаратах. Более совершенным транзистором можно считать появившийся в то время плоскостной триод П6, который выпускался по технологии с применением точечной и кольцевой сварки, заменившей пайку. Такое усовершенствование обеспечивало высокую устойчивость к механическим нагрузкам. Срок службы триодов П6 возрос до 5000 ч, а максимальная рабочая температура до +100 °C. В дальнейшем модификация триодов П6 получила наименование П13, П14 и П15.

Наряду с этими триодами типа р-n-р был освоен выпуск симметричных по отношению к триодам П13-П15 германиевых n-р-n триодов П8, П9 и П11. Наряду с германиевыми был освоен выпуск кремниевых n-p-n транзисторов П101, П102, П103, П104, П105 и П106. Эти триоды предназначены для работы при температуре до 125 °C.

Полупроводниковые приборы становятся непременной и существенной частью радиоэлектронных систем. Их применение приводит к коренным изменениям в радиоэлектронной аппаратуре как схемотехническим, так и конструктивным. Появляются полупроводниковые источники электрической энергии — это и солнечные батареи, и термоэлектрические генераторы. Широко используются полупроводниковые источники света. Это и светодиоды, и полупроводниковые лазеры. Совершенствование полупроводниковой технологии позволило существенно уменьшить габариты разрабатываемых радиоэлектронных систем сначала за счет микромодульных конструкций, а затем и микросборок, используя монтаж с бескорпусными полупроводниковыми элементами.

Но вот наступает новый переломный момент в развитии радиоэлектроники, когда почти одновременно в СССР (НИИ «Пульсар») [9], и США (Texas Instruments) [8] создаются первые твердотельные интегральные схемы. Интегральная радиоэлектроника хотя и медленно, но набирает обороты. Интегральные микросхемы постепенно вытесняют транзисторы как в аналоговых, так и цифровых устройствах. Появляются настольные вычислительные машины на цифровых интегральных микросхемах.

Новое направление в радиоэлектронике — цифровая обработка сигналов — благодаря цифровым интегральным схемам и первым аналого-цифровым преобразователям в интегральном исполнении начинает реализовываться на практике. За первое десятилетие развития интегральная радиоэлектроника достигает таких высот, что в 1971 году в компании Intel(США) создается первый в мире программируемый однокристальный микропроцессор i4004 с 2300 транзисторами на одном кристалле. А еще через 8 лет эта же фирма создает первый программируемый сигнальный процессор 12 920 на одном кристалле, который мог подаваемый на его вход аналоговый сигнал преобразовывать в цифровой код, подвергать код цифровой обработке по запрограммированному алгоритму и преобразовывать результат в аналоговую форму, выдавая его на выход. Несколько позже в СССР появляется аналог американского микропроцессора 18080 с серийным названием 580ИК80, а в 1980-х усовершенствованный аналог сигнального процессора 12 920 с серийным названием КМ1813ВЕ1. Наступил новый этап развития радиоэлектроники, свидетелями которого мы все являемся.

Это этап программируемой радиоэлектроники.

А теперь постараемся ответить на важный вопрос. Что же характерно для нового современного этапа развития радиоэлектроники и почему современную радиоэлектронику можно смело назвать программируемой. Программируемая радиоэлектронная система — это не только цифровая, но и реконфигурируемая система, способная к постоянному усовершенствованию и модернизации только за счет смены программного обеспечения. Концепция программируемой радиоэлектроники отражает главное изменение в современной конструкторской парадигме, для которой соотношение аппаратно-программных средств выбирается с явным преобладанием программных средств, что и обеспечивает возможность быстрого изменения тактико-технических характеристик радиоэлектронных систем в соответствии с изменяющимися требованиями и возможностями. Эта концепция распространяется практически на все разрабатываемые современные радиоэлектронные устройства и встраиваемые системы, начиная от сотовых телефонов и до радиолокационных станций.

2. Историческая роль нашего соотечественника Александра Степановича Попова в изобретении радио

Как уже отмечалось, радиотехника как область знаний и практической деятельности человека возникла в конце XIX века и за сто с лишним лет прошла огромный путь от первых опытов Герца до современных цифровых информационных систем космической связи. Причем в России первые десять лет развитие радиотехники осуществлялось под руководством А.С. Попова и при его активном участии.

А.С. Попов родился 16 марта 1859 года в с. Турьинские Рудники Верхотурского уезда Пермской губернии (ныне — город Краснотурьинск Свердловской области) в семье священника (рис. 1). Не все знают, что знаменитый изобретатель происходил из старинного рода священнослужителей Поповых. А насчитывал этот род 9 поколений. Отец А.С. Попова — Степан (Стефан) Петрович на момент рождения сына Александра служил в Максимовской церкви Верхотурского уезда, а предки служили в приходах Кунгурского уезда Пермской епархии. В 10-летнем возрасте Александр Попов был отправлен за 400 км в Далматовское духовное училище, где учился с 1869 по 1871 год. В 1871 году Александр Попов перевелся в Екатеринбургское духовное училище. В то время в Екатеринбурге жила со своей семьей его старшая сестра Мария Степановна. В Екатеринбургском Духовном училище Александр Попов был в числе первых учеников.

Рис. 1. Дом, где родился А.С. Попов в г. Краснотурьинске

После выпуска из училища Александр Степанович продолжил богословское образование и поступил в Пермскую Духовную семинарию, которую в 1877 году столь же блестяще окончил. Среди сверстников-семинаристов сохранились воспоминания о том, что Александр с большим увлечением и интересом занимался математикой и физикой, хотя этим предметам в семинарской программе отводилось довольно скромное место.

Приехав в 1877 году в Петербург, А.С. Попов подал в августе ректору Петербургского университета прошение о допущении к «проверочному испытанию» и, успешно сдав его, был принят на физико-математический факультет. Юношеские годы А.С. Попова протекали в эпоху великих открытий в области физики, эпоху внедрения электричества в промышленность и жизнь, в период зарождения новой науки — электротехники.

В 1882 году А.С. Попов окончил Петербургский университет и свою дальнейшую жизнь связал с естественными науками.

Духовное образование не только не помешало ему с блеском окончить физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета, стать профессором, но и помогло сделать великие научные открытия и, самое главное, сохранить высокую духовность, патриотизм и преданность России. Духовность проявлялась и в его личной жизни. Одевался он скромно и просто. Он не курил и не пил вино.

После окончания университета он женился. В его дружной семье было четверо детей. Часто в семейном кругу проходили музыкальные вечера. А.С. Попов любил классическую музыку, особенно произведения М.И. Глинки и П.И. Чайковского. Александр Степанович со всеми был сдержан и вежлив и никогда не повышал голоса. Вот какие воспоминания сохранил его ближайший соратник и друг Петр Николаевич Рыбкин: «Настоящим праздником в семье Попова был день, когда в гости приезжали сестры. В комнатах все оживало, становилось особенно весело, шумно и чрезвычайно радушно».

В начале восьмидесятых годов А. С. Попов переселился в Кронштадт, куда он был приглашен на должность ассистента в Минный офицерский класс. В этом учебном заведении преподавание было поставлено образцово и А. С. Попов, который очень тщательно готовился к преподаванию и следил за научными успехами в области физики и электротехники, занял там вскоре место преподавателя и еще более возвысил это учебное заведение.

Удачное соединение в лице А. С. Попова знаний по теоретической физике и по технике дало ему возможность в полной мере овладеть новыми открытиями немецкого ученого Генриха Герца, который доказал существование электромагнитных волн, и французского физика Бранли, который обнаружил способность металлических опилок сильно менять сопротивление под влиянием электромагнитных волн. В результате чего А. С. Попов 7 мая (25 апреля по ст. стилю) 1895 года на заседании физического отделения Русского физико-химического общества делает сообщение «Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям» и сопровождает его демонстрацией первой в мире беспроводной системы связи.

Им было применено приемное устройство с автоматическим восстановлением чувствительности когерера (рис. 2). В своем сообщении А. С. Попов с полной определенностью и с сознанием ответственности за свои слова заявил, что задача передачи сигналов на большие расстояния по существу решена, и необходимо лишь дальнейшее усовершенствование этого изобретения. С настойчивостью и упорством продолжал А. С. Попов свои работы, несмотря на препятствия, которые не давали ему развернуть работу так, как он хотел. Он продолжал делать доклады, демонстрировать совершенствуемые им аппараты и знакомить всех с успехами радиотехники как в России, так и за границей.

Рис. 2. Первый в мире радиоприемник А.С. Попова

В «Журнале РФХО» (1895 г., № 8) помещен протокол заседания с подробным описанием радиоприемного устройства. Полностью доклад был опубликован в «Журнале РФХО» (1896 г., № 1), а в сокращенном виде в журналах «Электричество» и «Метеорологический вестник» в 1896 г. Зимой 1895/1896 г. А.С. Попов занимался совершенствованием радиоаппаратуры. В январе он выступил на заседании Кронштадтского отделения ИРТО, демонстрируя аппаратуру для радиосвязи. Во время доклада в марте 1896 г. на очередном заседании в РФХО была осуществлена передача и прием слов «Генрих Герц» азбукой Морзе на расстояние 250 метров. Это была первая в мире радиограмма.

В марте 1897 г. А.С. Попов читал лекцию «О возможности телеграфирования без проводов» в Морском собрании Кронштадта, сопровождая ее наглядными и убедительными опытами. Лекция проходила при большом стечении публики: «адмиралов, генералов и офицеров всех родов оружия, дам, частных лиц и учащихся» (газета «Котлин», апрель 1897 г.) и намного опередила известное выступление в Англии главного инженера телеграфов В. Приса с первым рассказом об устройстве беспроволочного телеграфа Г. Мар кони.

Весной 1897 г. дальность радиосвязи в опытах между кораблем и берегом в Кронштадтской гавани была 600 метров. В 1898-м в научных исследованиях изобретателя радио профессора А.С. Попова наступил важный этап. Опыты, проведенные в этом году, подтвердили приоритет А.С. Попова как изобретателя радио.

Во-первых, ему удалось построить передающую станцию на учебном судне «Европа» и приемный аппарат на крейсере «Африка» и установить беспроволочную связь на 8 километров. При этом был установлен новый научный факт — экранирующее свойство радиоволн посторонним металлическим телом (кораблем), попавшим на прямую линию между передатчиком и приемником.

Во-вторых, и это самое главное, А.С. Попов переходит к радиосвязи с построенным им «приемником депеш» с телефонными трубками, на который он получает привилегию (так назывался в России патент) N 6066 с приоритетом от 26 (14) июля