Когерер представлял собой примитивную форму детектора радиосигналов, использовавшуюся в первых радиоприемниках в эпоху беспроводной телеграфии в начале 20 века. Его использование в радио было основано на открытиях французского физика Эдуарда Бранли, сделанных в 1890 году , и адаптировано другими физиками и изобретателями в течение следующих десяти лет. Устройство состоит из трубки или капсулы, содержащей два электрода , расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, с металлическими опилками в пространстве между ними. Когда на устройство подается радиочастотный сигнал, металлические частицы слипаются или «слипаются», уменьшая первоначальное высокое сопротивление устройства, тем самым позволяя протекать через него гораздо большему постоянному току. В приемнике ток активировал звонок или магнитофон с азбукой Морзе, чтобы записать принятый сигнал. Металлические опилки в когерере оставались проводящими после окончания сигнала (импульса), так что когерер приходилось «декогерировать», постукивая по нему хлопушкой, приводимой в действие электромагнитом, каждый раз при получении сигнала, тем самым восстанавливая когерер в исходное состояние. состояние. Когереры широко использовались примерно до 1907 года, когда их заменили более чувствительные электролитические и кристаллические детекторы .
Поведение частиц или металлических опилок в присутствии электричества или электрических искр было замечено во многих экспериментах задолго до статьи Эдуарда Бранли 1890 года и даже до того, как была доказана теория электромагнетизма . [1] В 1835 году шведский учёный Питер Самуэль Мунк [2] заметил изменение сопротивления смеси металлических опилок в присутствии искрового разряда из лейденской банки. [3] В 1850 году Пьер Гитар обнаружил, что когда пыльный воздух электризуется, частицы имеют тенденцию собираться в виде струн. Идея о том, что частицы могут реагировать на электричество, была использована в молниеотводе английского инженера Сэмюэля Альфреда Варли 1866 года — молниеотводе , прикрепленном к телеграфным линиям и состоящем из куска дерева с двумя металлическими шипами, уходящими в камеру. Пространство было заполнено порошкообразным углеродом, который не пропускал телеграфные сигналы низкого напряжения, но проводил и заземлял удар молнии высокого напряжения. [4] В 1879 году валлийский учёный Дэвид Эдвард Хьюз обнаружил, что слабые контакты между углеродным стержнем и двумя углеродными блоками, а также металлическими гранулами в микрофоне, который он разрабатывал, реагировали на искры, генерируемые в соседнем аппарате. [3] Темистокле Кальцекки-Онести в Италии начал изучение аномального изменения сопротивления тонких металлических пленок и металлических частиц в Фермо / Монтеруббиано . Он обнаружил, что медные опилки между двумя латунными пластинами сцеплялись вместе, становясь проводящими, когда он прикладывал к ним напряжение. Он также обнаружил, что другие типы металлических опилок будут иметь такую же реакцию на электрические искры, возникающие на расстоянии, - явление, которое, по его мнению, можно было бы использовать для обнаружения ударов молний. [4] Статьи Кальзекки-Онести были опубликованы в il Nuovo Cimento в 1884, 1885 и 1886 годах.
В 1890 году французский физик Эдуард Бранли опубликовал во французском журнале «Об изменении сопротивления тел при различных электрических условиях», где описал свое тщательное исследование воздействия мельчайших электрических зарядов на металл и многие типы металлических опилок. В одном типе схемы опилки помещались в трубку из стекла или эбонита, зажатую между двумя металлическими пластинами. Когда вблизи цепи возник электрический разряд, на прикрепленной стрелке гальванометра наблюдалось большое отклонение . Он отметил, что опилки в трубке будут реагировать на электрический разряд, даже если трубку поместить в другую комнату на расстоянии 20 ярдов. Бранли разработал множество типов этих устройств на основе «несовершенных» металлических контактов. Трубка Бранли была обнаружена в 1892 году в Великобритании, когда ее описал доктор Доусон Тернер на собрании Британской ассоциации в Эдинбурге. [5] [6] Шотландский инженер-электрик и астроном Джордж Форбс предположил, что опилковая трубка Бранли могла реагировать на присутствие волн Герца, типа воздушного электромагнитного излучения , существование которого было доказано немецким физиком Генрихом Герцем (позже названного радиоволнами). ).
.jpg/1280px-Marconi's_Coherer_Receiver_at_Oxford_Museum_History_of_Science_(cropped).jpg)
В 1893 году физик У.Б. Крофт представил эксперименты Брэнли на собрании Физического общества в Лондоне. Крофту и другим было неясно, реагировали ли опилки в трубке Бранли на искры или на свет искр. Джордж Минчин заметил, что трубка Бранли может реагировать на волны Герца так же, как его солнечный элемент, и написал статью « Действие электромагнитного излучения на пленки, содержащие металлические порошки ». [5] [6] Эти статьи были прочитаны английским физиком Оливером Лоджем , который увидел в этом способ построить значительно улучшенный детектор волн Герца. 1 июня 1894 года, через несколько месяцев после смерти Генриха Герца, Оливер Лодж прочитал мемориальную лекцию о Герце, в которой продемонстрировал свойства «волн Герца» (радио), в том числе передачу их на небольшое расстояние, используя улучшенную версию Трубка Бранли, которую Лодж назвал «когерером», в качестве детектора. В мае 1895 года, прочитав о демонстрациях Лоджа, русский физик Александр Попов построил детектор молний на основе «волны Герца» (радиоволны) с использованием когерера. В том же году итальянский изобретатель Гульельмо Маркони продемонстрировал систему беспроводной телеграфии, использующую волны Герца (радио), основанную на когерере.
Примерно в 1907 году когерер был заменен в приемниках более простыми и чувствительными электролитическими и кристаллическими детекторами и устарел.
Одним из незначительных случаев использования когерера в наше время был японский производитель игрушек из жести Matsudaya Toy Co., который начиная с 1957 года использовал передатчик на искровом разряднике и приемник на основе когерера в ряде радиоуправляемых (RC) игрушек, получивших название Radicon ( аббревиатура от радиоуправляемых) игрушек. На коммерческой основе было продано несколько различных типов, использующих одну и ту же радиоуправляемую систему, в том числе Radicon Boat (очень редкий), Radicon Oldsmobile Car (редкий) и Radicon Bus (самый популярный). [7] [8]
В отличие от современных АМ-радиостанций, передающих непрерывную радиочастоту, амплитуда (мощность) которой модулируется звуковым сигналом , первые радиопередатчики передавали информацию посредством беспроводной телеграфии ( радиотелеграфии ), передатчик включался и выключался ( включающая-выключающая манипуляция ) . для создания импульсов немодулированной несущей волны разной длины , «точек» и «тире», которые обозначают текстовые сообщения азбукой Морзе . В результате первые радиоприемные устройства должны были просто обнаруживать наличие или отсутствие радиосигнала, а не преобразовывать его в звук. Устройство, которое это делало, называлось детектором . Когерер был самым успешным из многих детекторных устройств, опробованных на заре радио.
Работа когерера основана на явлении электрического контактного сопротивления . В частности, поскольку частицы металла сцепляются (слипаются), они проводят электричество намного лучше после воздействия радиочастотного электричества. Радиосигнал от антенны подавался непосредственно на электроды когерера. Когда приходил радиосигнал от «точки» или «тире», когерер становился проводящим. Электроды когерера также были подключены к цепи постоянного тока, питаемой от батареи, которая создавала «щелкающий» звук в наушниках или телеграфном эхолоте или отметку на бумажной ленте для записи сигнала. К сожалению, снижение электрического сопротивления когерера сохранялось и после прекращения радиосигнала. Это было проблемой, поскольку когерер должен был немедленно быть готов принять следующую «точку» или «тире». Поэтому был добавлен механизм декогерера , который воздействует на когерер, механически возмущая частицы и возвращая их в состояние высокого сопротивления. Если передается тире, то радиочастота все еще принимается, когда происходит отвод, и когерер немедленно снова становится проводящим, и весь процесс повторяется для следующей отметки на ленте. В результате тире отмечается на ленте как несколько точек, расположенных близко друг к другу. [9]
Когерентность частиц радиоволнами — малоизвестное явление, до конца не изученное даже сегодня. Недавние эксперименты с когерерами частиц, похоже, подтвердили гипотезу о том, что частицы соединяются за счет явления микросварки, вызванного радиочастотным электричеством, протекающим через небольшую площадь контакта между частицами. [10] [3] Основной принцип так называемых когереров «несовершенного контакта» также не совсем понятен, но может включать своего рода туннелирование носителей заряда через несовершенный переход между проводниками.
Когерер, используемый в практических приемниках, представлял собой стеклянную трубку, иногда вакуумированную , которая примерно наполовину была заполнена остро нарезанными металлическими опилками, часто частично серебряными , частично никелевыми . Серебряные электроды контактировали с металлическими частицами на обоих концах. В некоторых когерерах электроды были наклонены, поэтому ширину зазора, занимаемого опилками, можно было изменять, вращая трубку вокруг ее длинной оси, таким образом адаптируя ее чувствительность к преобладающим условиям.
В работе когерер включен в две отдельные электрические цепи. Одним из них является цепь антенна-земля, показанная на принципиальной схеме ненастроенного приемника ниже. Другая схема — это реле батареи-оповещателя, включающая батарею B1 и реле R на схеме. Радиосигнал от цепи антенна-земля «включает» когерер, обеспечивая протекание тока в цепи батарея-оповещатель, активируя оповещатель S . Катушки L действуют как радиочастотные дроссели , предотвращая утечку мощности радиочастотного сигнала через схему реле.
Один электрод A когерера ( C на левой диаграмме) подключен к антенне , а другой электрод B к земле . К двум электродам также прикреплена последовательная комбинация батареи B1 и реле R. При приеме сигнала от передатчика искрового разрядника опилки стремятся прилипнуть друг к другу, уменьшая сопротивление когерера. Когда когерер проводит лучше, батарея B1 подает через когерер ток, достаточный для активации реле R , которое соединяет батарею B2 с телеграфным эхолотом S , издавая слышимый щелчок. В некоторых приложениях пара наушников заменяла телеграфный эхолот, поскольку он был гораздо более чувствителен к слабым сигналам, или диктофон Морзе, который записывал точки и тире сигнала на бумажную ленту.
Проблему продолжения слипания и проведения опилок после снятия сигнала решали постукиванием или встряхиванием когерера после прихода каждого сигнала, встряхиванием опилок и поднятием сопротивления когерера до исходного значения. Этот аппарат назывался декогерером . Этот процесс назывался «декогерентизацией» устройства, и за время популярного использования этого компонента в него было внесено множество инноваций. Тесла , например, изобрел когерер, в котором трубка постоянно вращалась вокруг своей оси.
В более поздних практических приемниках декогерер представлял собой хлопушку, похожую на электрический звонок, управляемую электромагнитом , питаемым самим током когерера. Когда радиоволна включала когерер, постоянный ток от батареи протекал через электромагнит, тянув руку вперед, чтобы дать сигнал когереру. Это вернуло когерер в непроводящее состояние, отключив ток электромагнита, и рука отскочила назад. Если бы радиосигнал все еще присутствовал, когерер немедленно включился бы снова, потянув хлопушку, чтобы еще раз постучать по ней, что снова выключило бы ее. Результатом стало постоянное «дрожание» хлопушки в период действия радиосигнала, во время «точек» и «тире» сигнала азбуки Морзе.
В системе автоматического торможения железнодорожных локомотивов, запатентованной в 1907 году, использовался когерер для обнаружения электрических колебаний в непрерывной антенне, движущейся по пути. Если блок впереди поезда был занят, колебания прерывались, и когерер, действуя через реле, подавал предупреждение и включал тормоза. [11]
Существует несколько вариантов так называемого когерера несовершенного соединения. Предложенный выше принцип работы (микросварка) для когерера опилок вряд ли применим к этому типу, поскольку нет необходимости в декогерировании. Вариант этого устройства из железа и ртути был использован Маркони для первого трансатлантического радиосообщения. Более ранняя форма была изобретена Джагдишем Чандрой Босом в 1899 году. [12] Устройство представляло собой небольшую металлическую чашку, содержащую лужу ртути , покрытую очень тонкой изолирующей пленкой масла ; над поверхностью масла подвешен небольшой железный диск. С помощью регулировочного винта нижний край диска прикасается к ртути, покрытой маслом, с давлением, достаточно малым, чтобы не проколоть масляную пленку. Принцип его действия не совсем понятен. Действие обнаружения происходит, когда радиочастотный сигнал каким-то образом разрушает изолирующую пленку масла, позволяя устройству проводить ток, приводя в действие приемный оповещатель, подключенный последовательно. Эта форма когерера самовосстанавливается и не требует декогерирования.
В 1899 году Бозе объявил о разработке « когерера железо-ртуть-железо с телефонным детектором » в докладе, представленном в Королевском обществе в Лондоне. [13] Позже он также получил патент США 755840 « Детектор электрических помех » (1904 г.) на особый электромагнитный приемник.
Поскольку они являются детекторами порогового напряжения, когереры с трудом различали импульсные сигналы передатчиков искрового разрядника и другие импульсные электрические шумы: [14]
Это устройство [когерер] рекламировалось как замечательное, но оно было удивительно нестабильным и плохим. Это не сработало, когда должно было, и сработало сверхурочно, когда не должно было.
В когерерную сеть попадала только рыба, и диктофон совершенно беспристрастно записывал комбинации точек и тире для законных сигналов, статических помех, соскальзывания тележки в нескольких кварталах и даже включения и выключения света в здании. Перевод ленты зачастую требовал блестящего воображения.
Когереры также были привередливы в настройке и не очень чувствительны. Другая проблема заключалась в том, что из-за громоздкого механического механизма «декогерирования» когерер был ограничен скоростью приема 12–15 слов в минуту азбуки Морзе, в то время как телеграфисты могли передавать со скоростью 50 слов в минуту, а машины с бумажной лентой — со скоростью 50 слов в минуту. 100 слов в минуту. [15] [16]
Что еще более важно для будущего, когерер не смог обнаружить AM (радио) передачи. В качестве простого переключателя, регистрирующего наличие или отсутствие радиоволн, когерер мог обнаружить манипуляцию беспроводных телеграфных передатчиков, но не мог ни исправить , ни демодулировать формы сигналов AM- радиотелефона , с которыми начали экспериментировать в первые годы 20 века. Эта проблема была решена благодаря возможности выпрямления барреттера с горячей проволокой и электролитического детектора , разработанных Реджинальдом Фессенденом примерно в 1902 году. Они были заменены кристаллическим детектором примерно в 1907 году, а затем примерно в 1912–1918 годах технологиями электронных ламп , такими как колебательный клапан Флеминга и Лампа Audion ( триод ) Ли Де Фореста .
Питер Сэмюэл Мунк, ассистент лектора по химии в Лундском университете Розеншольда, родился в Лунде в 1804 году и умер в 1860 году.
