Виктор Пестриков, Санкт-Петербург
Изобретение электромагнита сыграло большую роль в появлении различных устройств в области электротехники и радиотехники. В телеграфном аппарате перо, записывающее сигнал на бумажную ленту, прижимается электромагнитом. Мембраны телефонных трубок и наушников, которые излучают звуковые волны, колеблются электромагнитом. Различные процессы переключения в автоматике и телемеханике производятся специальными электромагнитными устройствами, называемыми реле.
Изобретению электромагнита предшествовал ряд важных открытий в области электричества, которые связаны с именами Ханса Кристиана Эрстеда (14.8.1777-9.03.1851), Доминика Франсуа Араго (26.02.1786-2.10.1853) и Андре Мари Ампера (22.01.1775-10.06.1836)
Первая конструкция электромагнита пригодного для практических целей, в частности, подковообразного, была предложена не сразу, а только через 5 лет после появления работ А.М Ампера. Это сделал английский ученый самоучка Вильям Стер-джен (William Sturgeon, 1783-1850). В. Стерджен интересен для нас не только как изобретатель подковообразного электромагнита, но и тем, что знаменитый английский физик Джеймс Прескотт Джоуль был его учеником.
Первое сигнальное устройство - электрозвонок, появился благодаря изобретению электромагнита. В радиоприемных устройствах А.С.Попова, и не только его, использовавшихся для беспроводной телеграфии, факт приема радиоволн фиксировался звуком звонка.
В 1831 году американским физиком Джозефом Генри была сделана одна из первых попыток в реализации идеи электромагнитного телеграфа, в приемной части которого использовалась простейшая конструкция электрозвонка. Электрозвонок состоял из настольного колокольчика и насаженного на вертикально закрепленную иглу стального прутка длиной 250 мм. Пруток, благодаря такому устройству узла крепления, мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, когда один его конец притягивался электромагнитом, в случае появления электрического сигнала в телеграфной линии. В этот момент другой конец прутка ударял по колокольчику и раздавался звон. Первый электрический звонок питался от источника постоянного тока и представлял обычный электромагнит, к которому притягивался молоточек ударявший по колокольчику, когда нажимали на кнопку. Чтобы такой звонок звенел, необходимо было периодически нажимать на кнопку, что было очень неудобно. В принципе такой звонок не создавал знакомую нам ныне трель, а его звук скорее напоминал своеобразный стук.
Электрический звонок начал издавать трель только после изобретения самопрерывателя Вагнера, названного по фамилии его изобретателя. Это устройство позволяло быстро размыкать и замыкать ток в цепи звонка и тем самым придавать ему неповторимое звучание. Немецкий электротехник Иоганн Филипп Вагнер (24.01.1799-8.01.1879) представил свое изобретение Франкфуртскому физическому обществу 25 февраля 1837 года. Он оказался автором одного из самых распространенных не только в электротехнике, но и радиотехнике изобретения - электромагнитного молоткового прерывателя тока (другие названия: самопрерыватель Вагнера и Неферовский молоточек), существующего и поныне в электрических звонках, питающихся от источника постоянного тока. Вагнеровский молоточек явился, в последствии, важной составляющей частью в конструкции знаменитой катушки Г. Румкорфа. На заре радиотехники, с помощью этой катушки, создавались искусственные радиоволны.
Появление электрического звонка с электромагнитным молотковым прерывателем тока стало еще одним шагом к созданию устройства, которое стало составляющим элементом будущей системы радиосвязи. Речь идет о зуммере - устройстве, которое напоминает обычный звонок, но без колокольчика и молоточка. Зуммер -это электромагнитный прибор-прерыватель, превращающий постоянный ток в прерывистый или переменный. Во время работы он издает трещащий или жужжащий звук. Иногда зуммер называют пищиком, так как с помощью его можно получить звук высокого тона. Колебания в зуммере обусловлены наличием прерывистого контакта. При подключении к нему источника постоянного тока, электромагнит притягивает якорь. В момент притяжения якоря разрывается контакт и магнит перестает притягивать якорь. Якорь возвращается в исходное положение и контакт замыкается. Электромагнит опять притягивает якорь к сердечнику катушки. Из-за попеременного включения и выключения тока электромагнита происходит вибрация якоря. В простейшем случае, зуммер состоит из катушки с сердечником, электромагнита и контактного регулирующего устройства, с помощью которого можно устанавливать требуемую частоту тона зуммера. Зуммер нашел применение в радиотехнике для измерения емкости конденсаторов, индуктивности катушки, длины волны, отыскания чувствительных точек детектора, он заменил звонок в некоторых системах телефонных аппаратов и т.д. По существу это был генератор колебаний звуковой и высокой частот, не содержащий ни электронных ламп, ни транзисторов. В 1902 году фирма Ducretet выпускала пробник для проверки чувствительности радиоприемников, который поставлялся для российской военно-электрической школы. В школе прибором пользовались при проверке чувствительности аппаратов приемных военных радиостанций. Пробник представлял собой обычный электрический звонок с антенной, прикрепленной к одному из контактов прерывателя.
Использованы материалы из журнала "Радиохобби" (http://www.radiohobby.ldc.net). - 2002. - N3. - С.2-5.
Комментарии
В дотранзисторную эпоху
В дотранзисторную эпоху зуммер имел широкое распространение в радиоизмерениях и блоках питания переносной и передвижной радиоаппаратуры. Ниже приведена схема измерителя емкости конденсатора с использованием зуммера. В этой схеме зуммер выполнял роль звукового генератора. Также представлена схема системы любительского радиотелеграфа, передатчик которой построен с использованием зуммера. Заметим, что в современной системе условно-графических обозначениях на радиоэлектронных схемах имеется условное обозначение зуммера.
Зуммер обозначается в виде полукруга с выводами, присоединенными к его круглой части.
Отечественной промышленностью выпускались, вплоть до конца 50-х годов XX века, так называемые вибропреобразователи (вибрационный преобразователь). Вибропреобразователь представлял собой электромеханический аппарат, который служил для преобразования низкого напряжения постоянного тока в постоянный ток более высокого напряжения. Эти устройства использовались в блоках питания автомобильных ламповых радиоприемников, а также для небольших сельских радиоузлов. В конструкцию вибропреобразователя входил вибратор (электромагнит с контактным прерывателем), повышающий трансформатор, селеновый или ламповый выпрямители. Детали вибратора помещались в небольшой металлический корпус в виде цилиндра. К одному из оснований корпуса крепился октальный ламповый цоколь, к которому припаивались выводы от контактов и электромагнита. Вибратор включался в схему вибропреобразователя через ламповую панельку. Такое устройство позволяло питать от накальной батареи (2,4 В или 6 В) не только нити накала ламп, но и анодные цепи радиоприемников, усилителей, передатчиков и т.д. Коэффициент полезного действия вибропреобразователя составлял 40...70%.
Зуммер длительное время (вплоть до середины 50-х годов XX века) оставался простейшим и наиболее распространенным устройством для получения электромагнитных колебаний. В связи с этим, вопрос поставленный в заглавии статьи является, конечно, гипотетическим , но не лишенным оснований. Электропрерыватель Вагнера был маломощным источником электромагнитных колебаний. Более мощным источником стала катушка Г.Румкорфа, изобретенная через 5 лет после появления электропрерывателя Вагнера. Электропрерыватель в конструкции катушки был одним из основных ее элементов. Как известно, Г.Герц в своих знаменитых опытах по определению электромагнитных волн в пространстве в качестве радиопередатчика использовал катушку Г.Румкорфа.
Исходя из сказанного, можно
Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что если к звонку, содержащему в конструкции электропрерыватель, присоединить определенным образом антенну, то электромагнитные колебания будут излучаться в окружающее пространство. В результате такой модернизации электрозвонка, получается простейший радиопередатчик. Как же можно было бы зафиксировать электромагнитные волны, посылаемые звонковым передатчиком в 1837 году?
К этому времени было известно, что искра имеет электрическую природу. Это доказал еще Б.Франклин задолго до появления молоточка Вагнера. О том, что молния или искра являются природными передатчиками радиоволн, известно не было. К сожалению, какого-нибудь подходящего детектора радиоволн тогда то же не существовало. Способность помещенного в стеклянную трубку металлического порошка становиться проводящим под действием разряда находящейся рядом электростатической машины, то есть в результате появления искры, была открыта только в 1884 г. Онести. Если бы этот факт был известен раннее, то тогда возможно изобретение радиосвязи произошло гораздо раньше 1895 года, а так пришлось ждать ещё 58 лет. Принципиальную возможность создания системы радиосвязи на базе электрозвонков, с прерывателями Вагнера, доказали русские радиолюбители В.В. Соловьев, К. Дубровский и Ф.С-овъ в 1912 году. Эта система радиосвязи включала передатчик и приемник, которые были собраны на базе электрозвонков питавшихся от двух гальванических элементов Лекланше. Антенны передатчика и приемника представляли разрезной полуволновой вибратор. В качестве его элементов использовались две одинаковые по длине металлические вязальные спицы. Концы спиц, располагались на одной прямой на расстоянии 0,5 мм друг от друга и крепились к деревянной дощечке, с помощью винтов. В антенне передатчика, концы спиц образующие зазор были заострены, в то время как в приемнике, они были ровными. Перед сборкой антенны приемника концы спиц предварительно намагничивались. Крепление производилось подобно антенне передатчика, но с учетом того, что антенный зазор образовывали концы спиц с противоположными магнитными полюсами. Для присоединения антенн к передатчику и приемнику использовался длинный гибкий провод. Один конец антенны передатчика подсоединялся к регулировочному винту звонка, а другой - к подвижному его контакту с молоточком. Звонковый приемник не содержал кнопки и антенна присоединялась к “+” источника питания и регулировочному винту. Можно было, конечно, кнопку в приемнике не удалять, а присоединить антенну прямо параллельно ее контактам. Перед передачей сигнала по радиоволнам, следовало расположить антенны на некотором расстоянии друг от друга в одной горизонтальной плоскости и насыпать в зазор антенны приемника очень мелкие железные опилки. Опилки перед насыпкой обезжириваются в растворе этилового эфира, использующегося в медицине для наркоза. При этом часть опилок примагничивается к полюсам антенны и образовывает своеобразный мостик. В результате получается простейшая конструкция когерера, отсутствие которого в 1837 г и было одной из причин, которая не позволила появиться системе радиосвязи гораздо раньше.
Итак, звонковая система радиосвязи готова к работе. После нажатия кнопки передатчика в зазоре антенны передатчика появляется крохотная искорка, приводящая к образованию радиоволн. Под действием образовавшихся радиоволн опилки в зазоре антенны приемника становятся проводящими, что и приводит к срабатыванию звонка. Звук звонка извещает, что радиосигнал принят. Для приема повторного сигнала, следовало произвести механическую встряску опилок. Эксперименты показали, что такая система радиосвязи работает на расстоянии нескольких метров и ее дальность зависит от мощности звонка передатчика.
В заключении, на вопрос, поставленный в заголовке статьи, могла ли радиосвязь появиться еще в 1837, можно ответить, перефразировав известное высказывание английского философа XVII века Френсиса Бекона “Мы сделали столько, сколько знали”.
Путь от молоточка Вагнера до системы радиосвязи А.С.Попова составил более половины столетия. Для создания системы радиосвязи в этот период времени не доставало знаний о существовании в пространстве радиоволн и эффекта влияния электрического разряда на металлические опилки, который был открыт позже. Невзирая на это, изобретение И.Ф.Вагнера стало важным звеном, в целой цепи важнейших изобретений и открытий, приведших к созданию радиосвязи.
Литература
Использованы материалы из журнала "Радиохобби" (http://www.radiohobby.ldc.net). - 2002. - N3. - С.2-5.