Транзистор приходит на смену радиолампе, история радио в СССР

Вскоре после окончания второй мировой войны страницы журналов всего мира облетело сенсационное сообщение об изобретении новой «радиолампы», которая не требует вакуума и нити накала.

Транзисторная революция

Новый усилительный прибор отличался чрезвычайно малыми размерами, высокой экономичностью и обещал иметь во много раз больший срок службы, чем обычные радиолампы. Основной частью этого прибора была маленькая пластинка, вырезанная из кристалла полупроводникового материала.

Так, в период бурного расцвета электронной техники, когда радиолампы успели уже пройти большой путь технического развития и стать весьма совершенными приборами, прочно вошедшими в современную технику, началась вторая молодость полупроводниковых усилителей.

Совсем в иных условиях проходила их первая жизнь. Начало 20-х годов. Предпринимаются первые попытки организовать радиовещание и дальнюю радиосвязь. Хотя радиолампа известна человечеству уже около 20 лет, слабое развитие электровакуумной техники и радиотехнической промышленности все еще заставляет широко пользоваться искровыми передатчиками и искать другие приборы для генерирования, обнаружения и усиления радиосигналов.

И вот сотрудник Нижегородской лаборатории О. В. Лосев совершает открытие, известие о котором лихорадочно перепечатывают все иностранные радиожурналы: генерировать и усиливать может не только сложная в изготовлении вакуумная радиолампа, но и простой кристаллический детектор!

Приемники Лосева — «кристадины» (рис. 1) —воспроизводятся в Европе и Америке, строятся прогнозы о скором вытеснении радиоламп кристаллами.

Однако недостаточность научных знаний об электрической природе кристаллов, слабое развитие лабораторной техники не позволили в то время глубоко исследовать процессы, происходящие в полупроводниках, и создать надежные высокоэффективные, не уступающие радиолампам полупроводниковые усилительные приборы.

По мере дальнейшего совершенствования электронных ламп кристадин уступает место ламповым приемникам и уже к концу 20-х годов теряет практическое значение.

Рис. 1. Кристадин Лосева - первый радиоприемник, использовавший полупроводниковый усилитель (1922 г.).

30-е годы явились триумфальным шествием электронной лампы. Благодаря успехам электронной техники стали реальностью и «газета без бумаги и без расстояний» и массовое радиовещание, звуковое кино и телевидение, радиолокация и радиоастрономия, современные быстродействующие системы автоматики и телеуправления, радионавигация и электронные вычислительные машины, ультразвуковая техника и управление ядерными реакциями.

И чем более широкое применение находят электронные лампы, тем острее начинают проявляться некоторые принципиальные недостатки, свойственные им.

Еще в период второй мировой войны выявилась недостаточная надежность военной радиоаппаратуры, причем основная масса отказов была связана с неисправностью радиоламп.

Широкое распространение радиовещательных приемников и телевизоров вскрывает другой серьезный недостаток современных радиоламп — их низкую экономичность.

Развитие электронных вычислительных машин и других специальных устройств, включающих в себя тысячи радиоламп, выдвигает жесткие требования как к надежности и сроку службы ламп, так и к экономичности питания и минимальным размерам их.

Еще в 40-х годах наблюдается стремление в ряде случаев переложить некоторые функции радиоламп на приборы других классов (рис. 2): кенотроны начинают заменяться селеновыми выпрямителями, вместо детекторных и смесительных ламп начинают применяться кремниевые и германиевые диоды с постоянной рабочей точкой.

Конечно, эти приборы способны решать лишь узкие специфические задачи и не могут серьезно конкурировать со всем классом электронно-вакуумных приборов. Основным универсальным усилительным и генераторным прибором остается радиолампа.

Рис. 2. Новые типы приборов - на смену радиолампам приходят полупроводники.

С 40-х годов радиолампы начинают вытесняться полупроводниковыми приборами. Сейчас осталась только одна область, в которой лампа еще не может быть заменена: генерирование и усиление больших мощностей на высоких частотах.

Но вот параллельно с прогрессом электронной техники, а в значительной мере и благодаря ему расширяются и углубляются представления человека о природе материи: развивается электронная теория металлов, обогащающая наши представления о физике металлических проводников и механизме их электропроводности; квантовая механика проливает новый свет на свойства электрона и его взаимодействие с другими частицами.

Наконец, появляется зонная теория, которая позволяет объяснить свойства совершенно различных веществ — диэлектриков, проводников и полупроводников — с одной позиции: с точки зрения возможных энергетических состояний электрона.

В ходе этого прогресса науки удается не только объяснить многие непонятные прежде явления, но и вскрыть новые свойства материи, подчинить эти свойства воле человека.

Этими достижениями и была подготовлена вторая жизнь полупроводниковых усилителей. Человек научился сознательно управлять движением электрона не только в вакууме, но и в толще кристалла, где электрон находится в непрерывном взаимодействии с другими частицами.

В 1948 г. американцами Джоном Бардиным и Вальтером Браттейном был изготовлен первый трехэлектродный усилительный прибор, основанный на использовании особых свойств контактов с кристаллом полупроводника, — так называемый «точечный» транзистор.

Дальнейшее развитие транзисторов

Открытие нового усилительного прибора, не требовавшего вакуума и нити накала, имевшего чрезвычайно малые размеры (рис. 3) и обладавшего большим сроком службы (рис. 4), было теперь как нельзя кстати.

Рис. 3. Важнейшим преимуществом транзистора перед лампой являются его малые размеры и вес.

И, несмотря на то, что по своим усилительным свойствам первый транзистор с трудом шел в сравнение с современными радиолампами, за его усовершенствование сразу же взялся большой отряд специалистов.

Рис. 4. Срок службы транзистора может достигать сотен тысяч часов.

Вильям Шокли в короткий срок разработал теорию транзисторов и изобрел новый, более совершенный тип их — так называемый «плоскостной» транзистор.

Существенный вклад в теорию и технику полупроводников внесли и советские специалисты: академики А. Ф. Иоффе, Б. М. Вул и И. Е. Тамм и многие другие специалисты, в том числе предвосхитивший в своей предвоенной работе основные идеи теории Шокли Б. И. Давыдов.

Первым транзисторам были свойственны серьезные недостатки: высокий уровень шумов, ограниченный диапазон рабочих частот, сильная зависимость электрических параметров от температуры, ограниченная мощность.

Многие из них являлись детскими болезнями молодой техники и уже успешно преодолены. Становится все яснее, что в лице транзистора старая электронная лампа встречает серьезного конкурента.

За короткий срок предельные рабочие частоты транзисторов выросли от нескольких сотен килогерц до тысячи мегагерц. Наряду с маломощными приборами уже созданы транзисторы, обеспечивающие выходную мощность до 100 вт и выше.

Появились полупроводники, способные работать при температурах выше 1 000° С. Резко снижен уровень собственных шумов транзисторов. Сейчас самые низкошумящие усилители часто удается создавать именно на транзисторах, а не на лампах.

Что же касается миниатюрности, механической прочности и экономичности, то в этих вопросах пальма первенства безраздельно принадлежит транзисторам с момента их изобретения.

В ряде применений лампа уже неспособна конкурировать с транзистором. Это прежде всего слуховые аппараты, размеры и вес которых при переходе к транзисторам уменьшились в 5—20 раз, а потребление энергии сократилось в 20—50 раз.

Затем — это карманные приемники (рис. 5), проблему которых с помощью радиоламп удовлетворительно решить не удалось вообще.

Рис. 5. Наибольший эффект дает применение транзисторов в портативной переносной радиоаппаратуре.

Успешно продвигается внедрение транзисторов в вычислительные машины, в аппаратуру, предназначенную для длительной работы без контроля человека, например промежуточные усилители в системах дальней связи, где требуются высокая надежность, экономичность и большой срок службы.

Весьма эффективно применение транзисторов в искусственных спутниках земли и космических станциях, где их преимущества перед лампой проявляются особенно сильно.

В настоящее время промышленностью выпускаются транзисторы, предназначенные для решения следующих задач (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид транзисторов эпохи СССР. а—для усиления малых сигналов низкой частоты; б—то же высокой частоты; в—мощные низкочастотные транзисторы.

Универсальные маломощные транзисторы

Типичными представителями, этой группы являются плоскостные германиевые транзисторы типов П13—П15, П8—П11 и кремниевые типов П101—П103.

Это высокоэкономичные усилительные приборы малых размеров, позволяющие успешно усиливать и генерировать сигналы низких и умеренно высоких частот (до 500—1 000 кгц).

Один каскад усиления с таким транзистором способен обеспечить усиление мощности сигнала до 30 000 раз. Максимальная выходная мощность в однотактной схеме достигает 10—30 мВт.

Для нормальной работы этих транзисторов требуется питание током до 1 ма при напряжении в несколько вольт, но усилительные свойства проявляются и при существенно меньших мощностях питания, совершенно немыслимых для обычных радиоламп, например, при токе 10 мкА и напряжении 0,2 в.

Мощные низкочастотные транзисторы

Эта группа включает в себя плоскостные транзисторы, предназначенные специально для оконечных и мощных предоконечных каскадов низкочастотных усилителей.

Они также успешно применяются в преобразователях постоянного тока, повышающих напряжение от единиц и десятков до сотен и даже тысяч вольт, в усилителях, работающих на исполнительные механизмы (реле, двигатели), генераторах низкой частоты (до нескольких десятков килогерц), стабилизаторах напряжения и импульсных схемах при умеренных частотах.

К этой группе приборов относятся транзисторы типов П4, П201—П203, П207—П210. Эти транзисторы обеспечивают выходную мощность от единиц ватт (П201) до сотен ватт (П207—П208).

Высокочастотные маломощные транзисторы

Несмотря на то, что сначала наиболее высокочастотными транзисторами считали точечные, развитие методов изготовления плоскостных транзисторов привело к полному вытеснению точечных.

В настоящее время наиболее высокочастотными приборами являются особые разновидности плоскостных транзисторов, среди которых основная роль принадлежит транзисторам, изготавливаемым методом диффузии примесей из газовой среды (так называемые «диффузионные» транзисторы).

Высокочастотные плоскостные транзисторы пригодны для усиления и генерирования сигналов с частотой от единиц мегагерц (П12) до сотен мегагерц (П410, П411). Эти транзисторы оказываются также прекрасными приборами для быстродействующих импульсных схем и широкополосных усилителей.

Мощные высокочастотные транзисторы

В основе создания высокочастотных транзисторов лежит миниатюризация геометрии рабочих элементов. Это в свою очередь приводит к утяжелению теплового режима транзистора и ограничивает допустимые мощности.

В связи с этим долгое время не удавалось создать мощный высокочастотный транзистор. Однако интенсивные исследования уже дали первые положительные результаты и в этом направлении. Из литературы известно о создании кремниевых диффузионных транзисторов, развивающих на частотах 100 Мгц мощность в несколько Ватт.

Несмотря на то, что пути дальнейшего резкого увеличения мощности высокочастотных транзисторов еще неясны, уже созданный ассортимент полупроводниковых приборов является мощным средством совершенствования радиоэлектронной аппаратуры.

Источник: Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Могут ли МОСФИТ транзисторы заменить радиолампы?

Полная взимозаменяемость, скорее всего что не получится, поскольку принципы работы у транзистора и радиолампы разные, в некоторых случаях без радиоламп не обойтись. Для каждого блюда - свой рецепт и свои ингредиенты.

В статье написано: "Сейчас осталась только одна область, в которой лампа еще не может быть заменена: генерирование и усиление больших мощностей на высоких частотах". И это актуально и для нашего времени. Генераторы ВЧ на лампах имеют лучшую стабильность частоты чем на транзисторах. Усилители мощности ВЧ на лампах имеют большее усиление чем на транзисторах, следовательно ламповый радиопередатчик имеет меньшее количество усилительных каскадов, по сравнению с транзисторным, что упрощает его настройку и наладку. Кроме того мощные транзисторы очень нежные и чувствительные приборы, малейшие отклонения режима работы от оптимальных значений и транзистор выходит из строя. Мощные лампы выдерживают значительные отклонения по питающим напряжениям и режиму работы и стаются целыми и невридимыми, и мощный усилитель ВЧ на лампе легче настроить чем на транзисторе.

Статья однобокая, где скромно умалчивается ведущая роль в изобретениях и развитии электроники США,к сожалению в тоталитарном СССР небыло развития, а всё только "догонялось" при помощи шпионажа и плагиата, первые лампы выпускались по лицензии и на оборудовании США, транзисторы и диоды тоже были "слизаны", с отставанием в пять лет. как и калашников - оружие вермахта образца 1943 года, так и т-34 - американский лёгкий так по ЛЭНД-ЛИЗУ.

lex, вполне интересное замечание. С течением времени, после распада союза, люди получили многие подтвержденные факты и материалы, которые по сути переворачивают историю СССР с ног на голову.

Тем не менее, остается очень большой процент тех, кто ни за каких обстоятельств не признает опровержения того, что ему "зашила" в голову советская пропагандистская машина.

Что до данной статьи, то она дает представление о технологиях и настроениях 60х годов, о том что было и как оно виделось в те времена.

Говоря о технической эволюции и прогрессе невольно приходится задевать "больной зуб ВКП(б) и КПСС тоже.Нерасторопная и загнившая бюрократия тех времён не давала возможности любое начинание снизу поддержать и дать дорогу изобретателям, на долгие годы замораживали открытия и новшества. Так было всегда, в том числе и открытие тогдашних ТРИОДОВ.В разработках того времени никто не был заинтересован, ибо на величину заработка ничто не влияло: чиновник не мог получить от этого никакой выгоды, он варился только в своей репутации. если следовать указаниям ЦК, то в его карьере не будет замечаний и его не тронут. Это ясно из поговорки: не лезь пред батьки в пекло.Так были заморожены на многие годы открытия и изобретения, а потом изумлённо удивлялись, что заграница нам продаёт нам наше по лицензии. Сейчас при синекуре нашим чинушам тем более больше ничего не надо, кроме отмены санкций.

Забыл добавить: - СССР по тому и развалился, потому что всем было на всё наплевать.Уравниловка добавила свою лепту в развал.

Ничего не поделаешь : мода на лампы возвращается . Сейчас дошло до того , что стали выпускать вакуумные транзисторы .