Приключения радиолуча

Многие скачкообразные и лавинные процессы, такие, как, например, взрыв — следствие положительной обратной связи. В разного рода автоколебаниях — незатухающих колебаниях, — возникших от внешнего толчка, тоже работает положительная обратная связь. Известные шимми и флатеры в авиации — пример автоколебаний.

На принципе положительной обратной связи зиждется и явление вынужденного излучения, на котором основана работа лазеров и мазеров. Химические и ядерные цепные реакции, смычковые инструменты и орган, депрессии и кризисы в экономике — вот только некоторые примеры, где работает принцип положительной обратной связи. Перечисленные проявления — следствие так называемой внутренней обратной связи, свойственной самому процессу, взаимосвязям между его элементарными актами. Внешняя же обратная связь, как положительная, так и отрицательная, вводится специальной электрической цепью или каким-либо регулятором.

В системах автоматического регулирования обратная связь, как правило, отрицательная, ибо ее задача уменьшить отклонения от заданного режима работы. Автопилоты, системы наведения ракет на цель, радиолокаторы слежения за целью — лишь крошечная толика устройств, где используется отрицательная обратная связь.

Интересно, что и сам-то термин «обратная связь» возник при исследовании ламповых усилителей. Сейчас трудно точно сказать, кому первому пришла счастливая мысль электрически связать выход усилителя с его входом, или, иначе, как говорят радиоинженеры, охватить усилитель обратной связью. Да такой, чтобы сигнал на его выходе резко возрос, то есть положительной связью, что возможно в том случае, если сигнал, поступающий на вход усилителя с его выхода, по фазе совпадает с входным. Если сигнал будет в противофазе, то обратная связь будет отрицательной и усиление уменьшится.

Исследования велись одновременно и независимо в разных странах. В результате в 1912—1913 годах появились достаточно чувствительные радиоприемники регенеративного типа, которые широко применялись в первую мировую войну.

Положительная обратная связь достигалась в приемниках довольно просто. Надо было только подать часть сигнала с анода триода, который служил одновременно и детектором и усилителем, на его вход, то есть на сетку лампы. Усиление триода сразу же возрастало. Чем больше сигнал с выхода триода на его вход, тем чувствительнее становился приемник. Но было замечено: если переборщить с величиной сигнала обратной связи, Подать его чуть больше некоторого, вполне определенного для данной схемы значения, то регенератор перестает усиливать принимаемые сигналы и сам начинает генерировать свои собственные колебания. Так был открыт ламповый генератор незатухающих колебаний. В 1913 году А. Мейсснер в Германии подал на него заявку на изобретение. Правда, опубликован патент был лишь после окончания войны — в 1919 году. В Германии многие материалы по радиотехнике засекречивались. Тем не менее открытие уже вызрело само по себе, и никакими ограничениями на публикации его нельзя было отменить. Позже, в 1914 году, и в других странах появились сообщения о триодном генераторе, в частности, публикация все того же Фореста.

Интересно, что даже тогда выяснить, кто первым сказал А, оказалось непросто. Например, между двумя американскими компаниями судебная тяжба о приоритете на регенеративный приемник длилась весьма долго. С одной из компаний сотрудничал Ли де Форест, с другой — молодой способный инженер, оставивший след в радиотехнике, Эдвин Армстронг.

В 1913 году Армстронг опубликовал несколько схем регенеративных приемников, которые позднее широко использовали радиолюбители США. Одну из подобных схем запатентовал и де Форест. В результате 20-летнего судебного разбирательства право первенства было признано за де Форестом. Но решение суда убедило далеко не всех. И по сей день изобретение регенератора многие связывают с именем Армстронга.

В то время прямо-таки гнались за повышением чувствительности, усиления. Это давала положительная обратная связь. Отрицательную же обратную связь начали применять во второй половине 20-х годов, когда стали обращать внимание на качество воспроизведения речи, в особенности, когда получила распространение многоканальная связь. Радиолампа, усиливавшая одновременно несколько сигналов от разных каналов, при пиковых нагрузках (например, в те моменты, когда сразу говорят все абоненты) «залезала» в нелинейный режим. И тут же рождались новые частотные компоненты. Такое явление назвали кросс- (или иначе — перекрестно) модуляцией. Из-за нее разговор между абонентами в одном канале прослушивается в других.

Отрицательная обратная связь позволила бороться с такой перегрузкой. Хоть усиление и уменьшилось, зато режим усилителя становился линейным, то есть сигналы усиливались без искажений. А уменьшение усиления компенсировалось увеличением числа усилительных каскадов.

МАВР СДЕЛАЛ СВОЕ ДЕЛО…

Электронная лампа в передатчиках прижилась не сразу. У нее, пока еще маломощной, была сильная конкуренция. Во-первых, со стороны дуговых генераторов, в которых высокочастотные колебания возбуждались электрической дугой. Они пришли на смену искровым передатчикам Попова и Маркони. Электрическая дуга в отличие от искры давала незатухающие высокочастотные колебания, поэтому и дальность связи сразу же возросла.

Хотя использовать электрическую дугу для получения высокочастотных колебаний предложил еще в 1900 году англичанин Дуддель, она, как и электронная лампа, не сразу была признана. Искровые передатчики были довольно просты, дешевы и надежны. От добра, как говорится, добра не ищут.

Оперативнее всех оказались немцы. В 1902 году датский инженер В. Паульсен предложил удачную конструкцию дугового генератора. Немецкое командование воспользовалось изобретением: установило новые генераторы на флоте. Но до особого распоряжения опечатало их. Пока же немецкие моряки пользовались искровыми передатчиками. Приказ пришел через… десять лет, когда началась первая мировая война.

В первые же дни войны русские, английские и французские радисты были озадачены. Они не могли перехватить ни одно из сообщений противника. Немецкие станции будто исчезли из эфира. Между тем они работали на полную мощность.

Разобрался в причине таинственного исчезновения инженер-электрик (впоследствии академик) Михаил Васильевич Шулейкин. Он предположил (и его догадка оказалась правильной), что немцы стали использовать для связи незатухающие колебания. А приемники, рассчитанные на затухающие колебания искровых радиопередатчиков, на них не реагировали. В наушниках — либо тишина, либо какие-то трески, похожие на атмосферные разряды. Михаил Васильевич сделал специальную приставку, и приемник вновь обрел слух. Такие устройства называли тиккерами. Они прерывали ток в телефонной цепи со звуковой частотой, и во время детектирования незатухающих колебаний вместо постоянного тока (не воспринимаемого телефоном) появлялась звуковая частота.

Дуговые передатчики использовались довольно широко. Среди них были и небольшие — мощностью в несколько киловатт, и гиганты на тысячу и более киловатт. Последние были весьма громоздкими сооружениями. Так, на радиостанции в Бордо мощностью 1000 киловатт генератор Паульсена весил 80 тонн, а на радиостанции в Пирл-Харборе мощностью 500 киловатт — 54 тонны.

Всем нам знакома ажурная конструкция Шуховской башни, на многие годы ставшая эмблемой советского радио. Сооружена она была в первые годы Советской власти. 30 июля 1919 года Совет Труда и Обороны принял специальное постановление, подписанное В. И. Лениным: «Для обеспечения надежной и постоянной связи центра Республики с западными государствами и окраинами Республики поручается Народному Комиссариату почт и телеграфов установить в чрезвычайно срочном порядке в г. Москве радиостанцию, оборудованную приборами и машинами, наиболее совершенными и обладающими мощностью, достаточной для выполнения указанной задачи».

Именно во исполнение постановления и была построена на Шаболовке, в то время окраинной улицы Москвы, 150-метровая металлическая башня конструкции инженера Владимира Григорьевича Шухова.