Номер 8 журнала «Радиолюбитель» за 1924 год был посвящён «кристадину» Лосева. Слово «кристадин» было составлено из слов «кристалл» и «гетеродин», а «кристадинный эффект» заключался в том, что при подаче на кристалл цинкита (ZnO) отрицательного смещения, кристалл начинал генерировать незатухающие колебания.
Теоретического обоснования эффект не имел. Сам Лосев считал, что эффект обусловлен наличием микроскопической «вольтовой дуги» в месте контакта кристалла цинкита со стальной проволокой.
Открытие «кристадинного эффекта» открывало в радиотехнике захватывающие перспективы…
… а получилось как всегда...
В 1922 году Лосев демонстрирует результаты своих исследований по использованию кристаллического детектора в роли генератора незатухающих колебаний. В публикации по теме доклада приведены схемы лабораторных испытаний и математический аппарат для обработки материала исследований. Напомню, что Олегу на тот момент ещё не исполнилось 19 лет.
На рисунке изображена схема испытаний «кристадина» и его «N-образная» вольт-амперная характеристика, типичная для туннельных диодов. Что Олег Владимирович Лосев первым применил на практике туннельный эффект в полупроводниках, стало понятно только после войны. Нельзя сказать, что в современной схемотехнике туннельные диоды применяются широко, но ряд решений на них с успехом работает на СВЧ.
Нового прорыва в радиоэлектронике не произошло. Все силы отрасли были тогда брошены на совершенствование радиоламп. Радиолампы успешно вытесняли электрические машины и дуговые разрядники из передающей радиоаппаратуры. Радиоприёмники на лампах работали всё устойчивей и становились всё дешевле. Поэтому профессиональными радиотехниками «кристадин» тогда рассматривался как курьёз: гетеродинный приёмник без лампы, надо же!
Для радиолюбителей конструкция «кристадина» оказалась сложноватой: требовалась батарея для подачи напряжения смещения на кристалл, требовалось изготовить потенциометр для настройки смещения, требовалось изготовить ещё одну катушку индуктивности для поиска генерирующих точек кристалла.
В НРЛ трудности радиолюбителей отлично понимали, поэтому издали брошюру, где конструкция «кристадина» и конструкция приёмника Шапошникова были опубликованы вместе. Радиолюбители изготавливали сначала приёмник Шапошникова, а затем дополняли его «кристадином» в качестве усилителя радиосигнала или гетеродина.
Немного теории
На момент публикации конструкции «кристадина» существовали уже все виды радиоприёмников:
1. Детекторные радиоприёмники, включая приёмники прямого усиления.
2. Гетеродинные радиоприёмники (также известные, как приёмники прямого преобразования).
3. Супергетеродинные радиоприёмники.
4. Регенеративные радиоприёмники, в т.ч. «автодины» и «синхродины».
Самым простым из радиоприёмников был и остаётся детекторный:
Действует детекторный приёмник чрезвычайно просто: при воздействии выделенной на контуре L1C1 отрицательной полуволны несущей сопротивление детектора VD1 остается высоким, а при воздействии положительной оно снижается, т.е. детектор VD1 «открывается». При приёме амплитудно-модулированных сигналов (АМ) при «открытом» детекторе VD1 происходит зарядка блокировочного конденсатора C2, который разряжается через головные телефоны HF1 после «закрытия» детектора.
На графиках изображён процесс демодуляции сигнала AM в детекторных приёмниках.
Недостатки детекторного радиоприёмника очевидны из описания принципа его действия: он способен принять сигнал настолько мощный, чтобы его несущая смогла «открыть» детектор.
Во входных резонансных контурах детекторных приёмников активно применялись катушки «самоиндукции», намотанные «виток к витку» на картонных гильзах большого диаметра толстым медным проводом. Такие катушки индуктивности обладают высокой добротностью, т.е. отношением реактивного сопротивления к активному. Это позволяло при настройке контура в резонанс увеличить ЭДС принятого радиосигнала и поднять чувствительность детекторного радиоприёмника.
Поднять чувствительность детекторного радиоприёмника можно также, «подмешав» в его входной контур сигнал генератора, настроенного на частоту несущей. Детектор с этом случае «открывается» не слабым сигналом несущей, а мощным сигналом генератора («гетеродина»).
Буквой «а» на рисунке обозначен «кристадин», используемый в качестве гетеродина, а буквой «б» — обычный детекторный приёмник.
Существенным недостатком гетеродинного приёма был свист, возникающий за счёт «биений частот» гетеродина и несущей. Этот «недостаток», кстати, активно применялся для приёма «на слух» радиотелеграфа (CW), когда гетеродин приёмника отстраивался по частоте на 600 — 800 Гц от частоты передатчика и при нажатии ключа в телефонах возникал тональный сигнал.
Ещё одним недостатком гетеродинного приёма было заметное на слух периодическое «затухание» сигнала при совпадении частот, но несовпадении фаз сигналов гетеродина и несущей. Недостатка этого были лишены безраздельно властвовавшие в середине 20-х годов регенеративные ламповые радиоприёмники (приёмники Рейнарца). С ними тоже всё было непросто, но это уже другая история…
Про «супергетеродины» нужно упомянуть, что производить их стало экономически целесообразно только с середины 30-х годов. В настоящее время «супергетеродины» всё ещё широко применяются (в отличие от «регенераторов» и «детекторов»), но активно вытесняются гетеродинными аппаратами с программной обработкой сигнала (SDR).
Who is Mr Lossev?
История появления Олега Лосева в Нижегородской радиолаборатории началась ещё в Твери, где прослушав лекцию начальника Тверской приёмной радиостанции штабс-капитана Лещинского, юноша загорается радио.
После окончания реального училища молодой человек едет поступать в Московский институт связи, но каким-то образом приезжает в Нижний Новгород и пытается устроиться на работу в НРЛ, куда его берут курьером. Денег не хватает, спать приходится в НРЛ на лестничной площадке, но это не является для Олега препятствием. Он ведёт исследования физических процессов в кристаллических детекторах.
Коллеги считали, что огромное влияние на формирование Олега Лосева как физика-экспериментатора оказал проф. В.К. Лебединский, с которым тот познакомился ещё в Твери. Профессор выделял Лосева и любил с ним побеседовать по тематике исследований. Владимир Константинович был неизменно доброжелателен, тактичен и давал множество замаскированных под вопросы советов.
Всю свою жизнь Олег Владимирович Лосев отдал науке. Предпочитал работать один. Публиковался без соавторов. В браке счастлив не был. В 1928 году переехал в Ленинград. Поработал в ЦРЛ. Поработал с ак. Иоффе. Стал к.т.н. «по совокупности работ». Погиб в 1942 году в блокадном Ленинграде.
Из сборника «Нижегородские пионеры советской радиотехники» про «кристадин» Лосева:
Исследования Олега Владимировича по своему содержанию сначала имели технический и даже радиолюбительский характер, однако именно ими он завоевал мировую известность, обнаружив в детекторе из цинкита (минеральная окись цинка) со стальным остриём способность возбуждать в радиотехнических контурах незатухающие колебания. Этот принцип лёг в основу безлампового радиоприемника с усилением сигнала, имеющего свойства лампового. В 1922 году за рубежом он был назван «кристадин» (кристаллический гетеродин).
Не ограничиваясь открытием этого явления и конструктивной разработкой приемника, автор разрабатывает способ искусственного облагораживания второсортных цинкитных кристаллов (переплавкой их в электрической дуге), а также изыскивает упрощенный способ отыскания на поверхности кристалла активных точек для касания острия, обеспечивавших возбуждение колебаний.
Задачи, которые при этом возникли, не имели тривиального решения; необходимо было проводить исследования в ещё неразработанных областях физики; радиолюбительские неудачи стимулировали физические исследования. Это была физика полностью прикладная. Простейшим объяснением явления генерирования колебаний, которое тогда вырисовывалось, была связь его с термическим коэффициентом сопротивления цинкитного детектора, который, как и ожидалось, оказался отрицательным.
Использованные источники:
1. Лосев О.В. У истоков полупроводниковой техники. Избранные труды – Л.: Наука, 1972
2. «Радиолюбитель», 1924, №8
3. Остроумов Б.А. Нижегородские пионеры советской радиотехники – Л.: Наука, 1966
4. www.museum.unn.ru/managfs/index.phtml?id=13
5. Поляков В.Т. Техника радиоприёма. Простые приёмники АМ сигналов – М.: ДМК Пресс, 2001
Автор: Дмитрий Руднев
