Двенадцать базовых схем радиоэлектроники

Георгий Члиянц (UY5XE)

Развитие радиоэлектронной промышленности было результатом воздействия сложных факторов - технических, социальных, экономических и политических. Но если смотреть глубже, в основе этого развития лежали схемы, которые сделали возможным радиоэлектронную связь и обработку информации.

Несмотря на все многочисленные нововведения, которыми отмечен многолетний пройденный путь, все схемы по существу происходят от примерно двенадцати основополагающих схем. Ниже приведены некоторые из них – ставшие по мнению редакции американского юбилейного издания журнала "Electronics" (в 1980 г. было посвящено его 50-летию), фундаментом для последовавшего промышленного развития основных направлений радиотехники и электроники, радиоприёма и телевидения, радиосвязи, компьютеров и других систем обработки данных.

Отдавая должное нижеприведённым электронным схемам, оказавшим такое влияние на промышленное развитие современной радиоэлетроники, нельзя не обратить внимание на то, что большинство этих важных разработок было сделано в 1912-1955 гг. Действительно, выглядит естественным, что, по мнению большинства современных инженеров, эпоха чистых схемотехников давно прошла и в области разработки схем они подошли к пределу. Нет сомнений, что инженеры практически исчерпали возможности традиционных разработок. На этом практически закончило свою деятельность первое поколение инженеров этой отрасли " [1, с. 204-209].

1. 1912 г. - Ламповый автогенератор [1, с. 204]:
Генератор на электронной лампе в отличии от его предшественника – искрового разрядника - генерировал незатухающие колебания одной частоты, что дало возможность осуществить связь по одному частотному каналу. Используя положительную обратную связь и триод в качестве источника энергии подкачки, схема давала на выходе синусоидальные колебания на резонансной частоте контура. Схему такого типа изобрели независимо несколько человек, а именно: Реджинальд Обри Фессенден (1866-1932), Александр Мейснер (1883-1958) – фирма “Телефункен” , Г. Дж. Раунд и Ли де Форест (1873-1961). Но наиболее широкое распространение на первых этапах получили устройства Эдвина Говарда Армстронга (1890-1954; был членом американского радиоклуба, позывной - 1BCG) и Эдвина Колпица. Аналогичная схема была предложена и американцем Ральфом Вильтоном Лайоном Хартли (1888-1970). 

2. 1913 г. - Модулятор с неизменным током [1, с. 204, 205]:
Ламповая схема Раймонда А. Хайсинга, созданная им в фирме "Western Electric", была первым эффективно работающим модулятором. Благодаря катушке индуктивности, препятствующей изменению полного анодного тока двух ламп, модулирующий сигнал подавался в анодную цепь ВЧ-генератора таким образом, что низкочастотные колебания на выходе модулятора приводили к аналогичным изменениям анодного тока генератора.

3. 1919 г. - Триггерная схема [1, с. 205]:
Такое название данная схема получила в 1919 г. Среди множества схем, созданных на основе базового триггерного устройства, которую изобрели английские учёные Вильям Экклз и Франк Джордан были самовозбуждающийся и ждущий мультивибраторы, а также т.н. “Триггер Шмитта”. Схема с двумя устойчивыми состояниями, т.е. обычный триггер - предшественница схем счета-деления частоты, а также основой электронной памяти в компьютерах.

4. 1926 г. - Автоматическая регулировка громкости [1, с. 205].: Одной из первых схем, использовавших свойства обратной связи, была схема автоматической регулировки усиления (АРУ) для радиоприёмников с амплитудной модуляцией, которая обеспечивала практически постоянную громкость в широком диапазоне изменений уровня ВЧ-сигналов. Схема АРУ была создана Харольдом Уилером в 1925-1926 гг. в фирме "Hazeltine Corp.".

5. 1926 г. - Антенна Уда - Яги - "волновой канал" [1, с. 206]:
Синтару Уда (1896-1976) и Хидэцугу Яги (1886-1976), сотрудники японского университета в Тохоку, разрабатывая схемы электромагнитной связи, размеры которых были большими по сравнению с длиной волны, впервые использовали интерференцию для повышения усиления и направленности проволочных антенн. Хотя их изобретение было задумано еще в 1926 г., промышленная реализация на западе началась лишь спустя несколько лет после публикации перевода их статьи в июньском номере американского журнала "PIRE" за 1928 г.

6. 1927 г. - Усилитель с отрицательной обратной связью [1, с. 206]:
Выполняя одну из наиболее фундаментальных разработок в истории связи, Г.С. Блэнк нашёл, что отрицательная обратная связь, введенная в усилитель, позволяет уменьшить искажения в широкой полосе частот и вместе с тем улучшить стабилизацию. Этот результат, полученный в ходе работ в фирме "Bell Telephone Laboratories" в 1927 г., отличался от результата Уилера, использовавшего отрицательную обратную связь для управления.

7. 1932 г. - Схема фазовой автоподстройки [1, с. 206]:
Француз Х. де Бельсиз первым описал схему синхронного приёма сигналов, которая была проще и элегантнее использовавшейся тогда схемы супергетеродинного приёма. Эта схема ФАПЧ, в которой сигнал обратной связи заставляет управляемый напряжением автогенератор подстраиваться точно на частоту приходящего сигнала, широко применяется во многих современных устройствах обработки и передачи информации.

8. 1935 г. - Автоматическая подстройка частоты [1, с. 207]:
Дискриминатор Чарльза Трэвиса и схема с реактивной лампой разработаны им в 1935 г. в фирме "RCA"; они стали главным элементом первой системы АПЧ и послужили базой для создания модулятора с реактивной лампой и дискриминатора Фостера-Сили для ЧМ-приёмников.

9. 1936 г. - Схема бланкирования шумов [1, с. 207]:
Схема шумоподавления Джеймса Дж. Лэма сделала супергетеродинные АМ-приёмники практически невосприимчивыми к помехам от систем зажигания и к импульсным помехам, резко снизив уровень помех неповторяющегося характера. В отличии от существовавших тогда схем такого назначения, работавших по принципу ограничения импульсных помех до уровня принимаемых сигналов, схема Лэма запирала приёмный тракт при приходе каждого помехового импульса, оставляя его открытым для полезного сигнала во все остальные моменты времени.

10. 1938 г. - Операционный усилитель [1, с. 207, 208]:
: Изобретение Филбриком операционного усилителя, выполнявшего электронным путем интегрирование и дифференцирование, было не столь изобретением схемы, сколь разработкой принципа. Используя нечетное число обычных ламповых каскадов высокого усиления, создающих требуемый фазовый сдвиг на 180 гр. между входом и выходом, Филбрик (и независимо от него Ловелл) показал, что передаточную функцию схемы можно задать двумя внешними компонентами. Эта работа привела к созданию активного фильтра.

11. 1948 г. – Гиратор [1, с. 208]:
Изобретенный в фирме "Philips" Б. Д. Х. Теллегеном гиратор сделало возможным разработку однонаправленных СВЧ-ответвителей и безиндуктивных фильтров. Обладая входным сопротивлением, пропорциональным полной проводимости на выходе, этот почти не создающий потерь компонент позволял, создавая ёмкостную нагрузку, синтезировать электрические характеристики индуктивности. Это устройство ведет себя как пассивное, хотя в большинстве случаев содержит в себе активные элементы.

12. 1955 г. - Схема двухшагового интегрирования [1, с. 209]:
Разработанный Р. У. Гильбертом в фирме "Weston Instruments" двухшаговый интегратор значительно упростил преобразование аналогового сигнала в его цифровой эквивалент и сделал точность любых измерений, выполняемых созданным на этом принципе цифровым вольтметром, зависящей только от точности опорного напряжения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электроника: прошлое, настоящее, будущее (пер. с анг. под ред. чл.-кор. АН СССР В. И. Сифорова). - М.: "Мир", 1980, 296 с.
2. Георгий Члиянц (UY5XE). Из истории классических схем. – “Радиохобби", 2000, №4, c. 2, 3.