В. І. СІФОРОВ
О. П. ПЛОНСЬКИЙ
М. І. чистяков
Радіоелектроніка для всіх
Під загальною редакцією
чл.-кор. АН СРСР
В. І. Сіфорова
Видання %-е,
перероблене і доповнене
ВИДАВНИЦТВО «ТЕХНІКА»
КИЇВ — 1974

6Ф
С41
УДК 621.37/39(023) =83
Радиоэлектроника для всех. Сифоров В. И.,
Плонский А. Ф., Чистяков Н. И.
Изд. 2-е, переработанное и дополненное.
«Техніка», 1974, 160 стр. (на украинском языке).
Популярно освещается современное состояние
радиотехники и электроники, описывается их
применение в науке, технике, народном
хозяйстве. Раскрывается сущность основных
радиотехнических процессов, поясняются
устройство и действие радиоэлектронных
приборов. Большое внимание уделяется
перспективам и путям развития радиоэлектроники, ее
роли в научно-технической революции.
Рассчитана на широкий круг читателей.
Илл. 100.
Рецензент В. П. Сігорський, докт. техн. наук
Редакція літератури з енергетики,
електроніки, кібернетики та зв’язку
Завідуючий редакцією інж. З. В. Божко
0343—127
С 182-74
М202(04)-74
© Видавництво «Техніка», 1974 р., із змінами

ПРО ЩО ЦЯ КНИГА
Народження радіоелектроніки
Латинське слово «радіо» означав
«випромінюю». Одержання швидких електричних
коливань, перетворення їх в електромагнітні хвилі,
випромінювання хвиль у простір, поширення
і прийом цих хвиль, а також перетворення їх
в електричні сигнали — ось приблизне коло
процесів, якими займається радіотехніка.
Рух електронів у твердих тілах, вакуумі
й газах і керування цим рухом вивчав і
застосовує для безлічі практичних цілей
електроніка.
Існування електромагнітних хвиль, які
поширюються у просторі із швидкістю близько
300 000 км/с, теоретично передбачив у 60-х
роках минулого століття англійський вчений
Джеймс Кларк Максвелл (1831—1879). Він
показав, що світло — лиш один з видів
електромагнітного випромінювання.
У 1887—1888 рр. електромагнітні хвилі
відкрив і дослідив німецький фізик Генріх
Рудольф Герц (1857—1894); Едуард Бранлі
(Франція, 1846—1940) і Олівер Лодж (Англія,
1851—1940) створили чутливі прилади для
виявлення електромагнітних хвиль на відстані
від їх джерела. Окрилені цими успіхами,
вчені почали шукати шляхів для практичного
застосування цих хвиль, і в першу чергу
для здійснення електричного зв'язку без
проводів.
Перші спроби здійснити телеграфний зв’язок
без проводів з допомогою електричних хвиль
робив відомий винахідник Т. А. Едісон (1847—
1931), який ще до відкриття Г. Герца в 1885 р.
подав заявку, щоб одержати патент на
«передачу без проводів сигналів азбуки Морзе»;
йому не вдалося, проте, добитися зв’язку на
досить великих для практичних цілей
відстанях. Відкриття Г. Герца зробило дальші
пошуки більш реальними. На можливість
телеграфування без проводів з допомогою
електромагнітних хвиль указував у своїй статті
в журналі «Электричество» у 1890 р.
російський фізик О. Д. Хвольсон. Шляхи
практичного розв’язання цього завдання були
детально розглянуті в опублікованій у 1892 р. статті
англійського фізика В. Крукса. Але нікому
не вдавалося зробити останній, вирішальний
крок: побудувати надійний і чутливий
приймач, який дав би змогу на значних відстанях
приймати й відтворювати передавані сигнали.
Це завдання вперше розв’язав у 1895 р.
російський винахідник Олександр Степанович
Попов (1859—1906).
Викладач фізики Мінного офіцерського
класу в Кронштадті й активний учасник робіт
фізичного відділу Російського фізико-хімічно-
го товариства, О. С. Попов з 1889 р. часто
виступав з лекціями й доповідями, в яких
знайомив слухачів з властивостями
електромагнітних хвиль. Лекції звичайно
супроводилися демонстраціями дослідів Г. Герца. На
перших порах ці досліди не давали прямого
приводу для надій, що вони зможуть знайти
якесь технічне застосування, і тим більше, що
з них колись виросте така важлива для
сучасного людства галузь науки і техніки, як
радіо.
Джерело і приймач хвиль розташовували на
близькій відстані, звичайно не більш як
кілька метрів. Концентрації випромінювання хвиль
в потрібному напрямі досягали з допомогою
металевого рефлектора у вигляді вигнутого по
параболі металевого листа. Всередині
параболоїда поміщали випромінювач у вигляді
розташованих уздовж фокальної лінії двох
металевих стержнів з кульками на внутрішніх
кінцях — електричний вібратор. До стержнів
під’вднували проводи від індукційної
котушки Румкорфа — така в у фізичному кабінеті
кожної школи. При вмиканні струму в
індукційну котушку між ними проскакували іскри;
при цьому в простір випромінювалися хвилі.
Рефлектор спрямовував їх у потрібний бік.
Для концентрації прийнятого випромінювання
приймач-індикатор мав такий же параболоїд
і подібний вібратор, тільки відстань між
кульками значно менша.
Як тільки між кульками передавача
починали проскакувати іскри, між кульками в
індикаторі теж з’являлись іскорки, тільки
маленькі, ледве помітні; присутнім при досліді
доводилось розглядати їх у темряві і через
збільшувальне скло... При збільшенні відстані
між вібраторами ефект припинявся.
Експериментуючи з приладами Г. Герца,
Едуард Бранлі використав цікаву властивість
З

дрібних металевих ошурок. Якщо жменьку
їх розсипати між двома проводами,
з'єднаними з електричною батареєю, то в такому колі
буде текти струм, але надзвичайно слабкий,
бо опір ошурок дуже великий. Але як тільки
в розташованому поблизу випромінювачі
Герца виникає іскра, ошурки миттю зменшують
свій опір струмові, і він різко зростає.
Це явище пояснили тоді так. Кожна
крупинка ошурок вкрита тонісіньким шаром
окислу, який проводить струм у багато разів
гірше, ніж чистий метал. До того ж крупинки
стикаються між собою лише в окремих
точках, а по більшій частині поверхні відділені
шаром повітря. При дії електромагнітної
хвилі між крупинками проскакують
мікроскопічні іскорки, і ошурки злипаються. Площа
стикання частинок металу при цьому в багато
разів зростає і контакти між ними
поліпшуються, тому опір ошурок струмові
зменшується.
При припиненні дії хвиль опір кола
залишається малим, тобто коло лишається немов
замкнутим, у ньому йде порівняно сильний
струм. Щоб повернути ошурки у вихідний
стан, їх треба спочатку трохи струснути; тоді
зв'язки між ними розірвуться і струм знову
стане слабким.
При дослідах з ошурками Бранлі насипав
металевий порошок у скляну трубку з двома
електродами. Побудований таким способом
чутливий прилад для виявлення
електромагнітних хвиль він назвав «радіопровідником»
і описав у статті, яка вийшла в 1890 р.
Дальше удосконалення індикатора хвиль
здійснив О. Лодж. Він увімкнув «радіопро-
відник» в електричне коло послідовно з
гальванометром і прилаштував механічний
пристрій, який періодично струшує його. При дії
хвиль контакти між ошурками в такому
пристрої періодично замикаються і
розмикаються, через гальванометр тече від батареї
переривистий струм, під дією якого стрілка
відхиляється. Цей удосконалений прилад Лодж
назвав «кохерером» від латинського слова
«кохерео», що означає «з’єдную».
Кохерер Лоджа був призначений для
фізичних експериментів і для наочних
демонстрацій під час лекцій та доповідей. Але він не
був настільки чутливим, надійним і зручним,
щоб можна було застосувати його для
передачі сигналів або для якихось інших
технічних цілей; для цього треба було збільшити
далекість і сталість його дії і замінити
гальванометр звуковим або пишучим сигнальним
пристроєм. Щоб збільшити відстань, на якій
можлива реєстрація випромінювань,
дослідники (наприклад, югославський електротехнік
Ніколай Тесла) застосовували антену —
провід, піднятий на щоглі над землею.
Але перший приймач, який найповніше
відповідав тоді всім вимогам, винайшов О. С.
Попов. Замість гальванометра він увімкнув
у коло чутливе реле. Струм, який з’являвся
в колі при дії електромагнітних хвиль і
проходив по обмотці реле, викликав його
спрацьовування: залізне осердя намагнічувалось
і притягало якір. При цьому замикалось
друге, більш потужне електричне коло, а в нього
був увімкнутий електричний дзвінок.
Конструкція була такою, що молоточок дзвінка
ударяв і по трубці з ошурками, струшуючи їх.
Поки проходили хвилі, після удару
молоточка знову відбувалося замикання струму в ко-
херері і дзвінок безперервно дзвонив. При
вимиканні струму в передавачі струм не
поновлювався і дзвінок замовкав. З допомогою
такого приймача можна приймати крапки
й тире телеграфної азбуки: досить змінювати
тривалість вмикань передавача. Сигнали
можна було передавати на відстань у кілька
десятків метрів.
7 травня 1895 р. О. С. Попов уперше
продемонстрував публічно свій винахід. Цього дня
він виступив на засіданні фізичного відділу
Російського фізико-хімічного товариства з
доповіддю «Про відношення металевих
порошків до електричних коливань». Завершуючи
доповідь, він сказав: «На закінчення можу
висловити надію, що мій прилад при
дальшому вдосконаленні його може бути
застосований для передачі сигналів на відстань з
допомогою швидких електричних коливань...»
Ці слова ознаменували народження епохи,
яку можна назвати епохою радіотехніки
І електроніки. День 7 травня увійшов в історію
техніки як день народження радіо.
О. С. Попов продовжував удосконалювати
свій приймач і в тому ж році здійснив його
перше практичне застосування. Крім дзвінка,
в коло струму було ввімкнуто пишучий
апарат, що фіксував прийняті сигнали на
телеграфній стрічці. Приймач був пристосований
для реєстрації електромагнітних
випромінювань, викликаних грозовими розрядами. Він
дав змогу завбачати наближення грози тоді,
коли вона починалася ще за ЗО з лишком
кілометрів від місця його установки. Тим самим
було покладено початок одному з розділів
сучасної радіотехніки — радіометеорології.
4

У 1896 р. з’явилося в пресі повідомлення
про успішне здійснення радіотелеграфного
зв’язку італійським інженером Гільєльмо Мар-
коні (1874—1937). Коли в 1897 р. були
опубліковані відомості про конструкцію апаратури
Г. Марконі, то виявилося, що передавач його
був таким же, як і в попередніх дослідах
Г. Герца, О. Лоджа та О. С. Попова, а
приймач — точнісінько такий же, як приймач
0. С. Попова, продемонстрований та описаний
ним у 1895 р. Г. Марконі належить заслуга
перших радіотелеграфних передач на
порівняно великі відстані: кілька кілометрів.
Одержані результати дали змогу створити солідну
фінансову базу для дальших робіт і привели
до швидкого удосконалення радіозв’язку.
Життєздатність нового засобу зв’язку було
доведено. Пізніше далекість приймання вдалося
значно збільшити, перейшовши до слухового
приймання на головний телефон. З’явився
детекторний приймач з кристалом, широко
застосовуваний протягом майже чверті століття.
Велику роль у дальшому розвитку радіо
відіграла електроніка.
Наприкінці минулого століття Т. А. Едісон,
займаючись удосконаленням електричної
лампочки, зустрівся з цікавим явищем. Всередину
лампового балона він помістив невелику
металеву пластинку. Між пластинкою і волоском
лампи Едісон увімкнув електричну батарею
і гальванометр. Волосок лампи був
розжарений струмом, і при цьому стрілка
гальванометра відхилилась, отже, в колі пластинка —
волосок лампи почав текти струм. Він долав
простір між пластинкою і розжареним
волоском. Проте струм з’являвся тільки тоді,
коли до пластинки був під’єднаний
позитивний полюс батареї, а до волоска — негативний.
Досить було поміняти полюси місцями —
і струм припинявся. Тепер навіть школярі
знають про це явище, назване
термоелектронною емісією.
У металевому волоску є безліч вільних, не
зв’язаних з атомами електронів, які блукають
між атомами металу. В міру нагрівання
волоска швидкість руху електронів зростає, і
вони починають «вистрибувати» назовні.
Навколо розжареного волоска утворюється хмарка
електронів. Позитивно заряджена пластинка
притягує електрони, що несуть у собі
негативний заряд (електричні заряди різних знаків,
як відомо, притягуються). Під дією
притягання електрони дружно мчать до пластинки,
утворюючи струм. Досить вимкнути батарею,
що розжарює волосок, тобто погасити лампу,
і потік електронів припиниться. Струму немає
і тоді, коли до пластинки під’єднано
негативний полюс батареї. В цьому разі пластинка
не притягує, а навпаки, відштовхує електрони.
Металеву пластинку (позитивний електрод)
назвали анодом, а волосок (негативний
електрод) — катодом. Найпростішу лампу з двома
електродами — катодом і анодом — назвали
діодом. її винайшов у 1904 р. англійський
електротехнік Джон Амброз Флемінг (1849—
1945).
Якщо до анода й катода прикладено змінну
напругу, то струм у колі проходить тільки
тоді, коли на аноді «плюс», а на катоді —
«мінус»; при зміні полярності струму немає.
Отже, змінна напруга викликає струм тільки
в один бік. Тому діод дає змогу одержувати
від мережі змінного струму струм постійного
напряму, тобто випрямляти змінний струм.
У 1906 р. американський вчений Лі де
Форест (нар. 1873 р.) запропонував
триелектродну лампу (тріод), яка може підсилювати
слабкі електричні сигнали. Електронна лампа
дала змогу збільшити далекість передачі
сигналів по проводах і по радіо. Тому недивно,
що вона зробила цілий переворот у
радіотехніці.
«Ніякі удосконалення в сучасній
радіотехніці не можуть справити такого враження,—
писав видатний радіоінженер П. А.
Остряков,— яке справило знайомство з першими
радіолампами, що з’явилися в російській армії
під час першої світової війни...
12-та армія під Ригою готувалася до
наступу. Штаб армії північного фронту у Пскові
гарячково зв’язувався з армійським штабом
у Ризі.
Дріт між Псковом і Ригою час від часу
рвався, і тоді його дублював радіозв’язок...
Та от трапилося нещастя: порушився зв’язок
у розпал роботи штабу. В цей момент на
псковську радіостанцію доставили якийсь
небувалий вантаж: важкий плоский ящик
полірованого дубу, приблизно 40—50 см завдовжки.
Черговий слухач біля апаратної двоколки
не звертав на все це жодної уваги: його
цілком поглинула невдача... Слухача попросили
відійти і на його табуретку поставили ящик...
...У лампі з’явилось невелике голубе
свічення, а в телефоні голосно запрацювала
Рига... А втім, не тільки Рига: там дзижчало
кілька обертових розрядників станцій
Російського товариства бездротових телеграфів і
телефонів у Петербурзі і співали тональні іскри
наших станцій і німецьких «телефункенів»...
5

Створилося враження, наче розвіявся туман
і стало видно в усі кінці. Прозрілий сліпець,
мабуть, почував би себе так само, як ті, що
тоді біля двоколки іскрової радіостанції, мов
зачаровані, дивилися на цю сяючу блакитним
світлом лампу...»
Радіолампа зробила переворот не тільки
в приймальній, а й у передавальній техніці.
У 1913 р. німецький вчений Олександр Мейс-
нер запропонував спосіб використання тріода
для генерування електричних коливань.
Невдовзі іскрові передавачі, які застосовував ще
О. С. Попов, і пізніші — дугові, в яких
коливання створювалися не переривчастою іскрою,
а електричною дугою, що горіла весь час,
мусили поступитися місцем перед ламповими
передавачами.
У Радянському Союзі над створенням
лампових передавачів працювали співробітники
Нижегородської радіолабораторії на чолі з
видатним ученим професором Михайлом
Олександровичем Бонч-Бруввичем (1888—1940). Цю
лабораторію, що стала, по суті, першим нашим
науково-дослідним інститутом у галузі радіо,
було організовано в 1918 р. при безпосередній
підтримці Володимира Ілліча Леніна.
Тоді Радянська Росія була в кільці блокади,
і працівники лабораторії не мали ніякої
інформації про новинки зарубіжної
радіотехніки. Працювати доводилося в умовах
громадянської війни та розрухи. Проте після
закінчення блокади виявилося, що Нижегородська
лабораторія не тільки не відстала від
зарубіжних фірм, а навіть де в чому випередила
їх. Так, М. О. Бонч-Бруевич створив
генераторну лампу з мідним анодом, охолоджуваним
проточною водою. Габаритні розміри лампи
лишилися ті самі, а потужність генерованих
коливань зросла в десятки разів. У 1918—
1920 рр. перемога лампових передавачів була
закріплена остаточно.
Але недаром кажуть: за позику віддяка.
Радіотехніка завдячує своїм розвитком
електроніці, а електроніка — радіотехніці. Обидві
вони виграють від своєї співдружності.
Розвиток радіотехніки, освоєння нових, більш
короткохвильових, діапазонів потребували
спеціальних електронних приладів. Електроніка
знайшла живлющий грунт. У тридцятих
роках один за одним почали дозрівати і
множитись чудові плоди: електронно-хвильові
прилади, так звані клістрони, магнетрони, лампи
біжучої хвилі *. Ці приклади поєднують у собі
* 	Про них ми докладно поговоримо нижче.
властивості електронних ламп і
радіотехнічних кіл. Потоки електронів безпосередньо
взаємодіють у них з електромагнітними
хвилями. Сказати, де кінчається радіотехніка
й починається електроніка, тут уже стає
дедалі важче, ці галузі техніки тісно
переплелися. З’явилась нова галузь техніки —
радіоелектроніка.
Від вакууму до кристала
У двадцятих роках Олег Володимирович Лосєв
(1903—1942), співробітник Нижегородської
лабораторії і пристрасний радіоаматор,
винайшов кристадин — підсилювач електричних
коливань не з електронною лампою, а з дво-
електродним кристалічним детектором, що
складався з кристала напівпровідника цинкіту
й вугільного стерженця. За сучасною
термінологією такий елемент належить до числа
напівпровідникових діодів.
Кожний школяр знає закон Ома; струм
в електричному колі створює спад напруги,
пропорціональний опорові цього кола. Якщо
опір кола — 1 ом, то струм в 1 ампер викличе
напругу в 1 вольт.
Із зростанням струму збільшується напруга.
Але О. В. Лосєв виявив у деяких детекторів
протилежну властивість: при збільшенні
струму напруга не зростає, а зменшується. Опір
електричного кола з такою властивістю для
електричних коливань негативний. Щоб у
цьому переконатися, проведемо дослід: з’єднаємо
звичайне електричне коло, яке має опір, тобто
споживає електричну енергію, з кристалічним
детектором, що має описані вище властивості,
і пропустимо через них струм. Якщо струм
зросте, то напруга в першому колі
збільшиться, а в другому (в детекторі) — зменшиться.
За відповідних умов повна напруга, що
дорівнює сумі напруг першого і другого кіл,
залишиться незмінною, тобто при коливаннях
струму напруга не змінюватиметься. За
законом Ома це відповідає випадку, коли коло не
чинить опору змінному струмові, тобто
негативний опір кристалічного елемента скомпен-
сований опором кола, яке споживає енергію
електричних коливань. Інакше кажучи,
елемент з негативним опором діє як джерело
коливальної енергії, споживаної колом, до
якого він під’єднаний. Отже, негативний опір
не тільки не споживав енергії, а є джерелом
її. Ось чому, подібно до електронної лампи,
напівпровідниковий діод з маленьким
кристалом цинкіту або деяких інших мінералів
6

може підсилювати й генерувати коливання.
У 1925 р. професор Лейпцігського
університету Юліус Ліліенфельд винайшов і
запатентував пристрій для підсилювання електричних
коливань, майже тотожний сучасному
кристалічному тріоду — транзистору. Були
запропоновані конструкції підсилювача електричних
коливань і радіоприймача без електронних
ламп, без крихких вакуумних балонів. У цих
конструкціях використовувався рух
електричних зарядів не у вакуумі, як у лампі, а
безпосередньо у твердому тілі.
Однак це був період, коли дуже швидко
удосконалювались електронні лампи і так
само швидко зростало їх виробництво. Ідея
безлампової радіоапаратури здавалась надто
привабливою, але для її реалізації треба було
ще багато працювати. Недивно, що винахід
Лілієнфельда, як і кристадин Лосева, тоді не
дістали дальшого розвитку, про них навіть
забули.
«Друге народження» напівпровідникових
електронних приладів належить уже до
сорокових років. Тоді особливу увагу приділяли
розвиткові радіолокації, у зв’язку з чим
широко почали застосовувати сантиметрові
хвилі. Виявилося, що звичайні електронні лампи
на сантиметрових хвилях працюють дуже
погано або зовсім не придатні для роботи. Вчені
почали конструювати радіолампи спеціально
для надвисоких частот. Згадали про
кристалічний діод і переконались, що на цих
частотах він працює краще, ніж двоелектродна
електронна лампа — вакуумний діод.
У процесі удосконалення
напівпровідникового діода були освоєні нові високоякісні
кристалічні матеріали. З їх допомогою
американським дослідникам Дж. Бардіну, У. Браттейну
та У. Шоклі вдалося створити
напівпровідниковий тріод — транзистор, що має здатність
підсилювати електричні коливання.
Транзистори відзначаються малими розмірами, не
мають волоска розжарення, працюють при
порівняно низьких напругах, не бояться
ударів, служать у десятки разів довше за
радіолампу.
У радіотехніку і електроніку
приходить модуль
Дедалі частіше ми зустрічаємо людей, які
гуляють з радіоприймачами в руках.
Приймачі завбільшки з книжку, а то й з портсигар.
Замість ламп у них транзистори 8 горошину.
З’єднувальні проводи «надруковані» на
пластмасовій пластині. Просто, зручно, а головне —
надійно: такий провід не обірветься.
Транзистори та їх супутники, крихітні
низьковольтні деталі, дають змогу в багато разів
зменшити розміри радіоапаратури. Цього
вимагає саме життя. Без кишенькових
приймачів можна ще обійтися. Але для ракет,
космічних кораблів, супутників міцні й компактні
радіоприлади просто необхідні. Тисячі
радіоламп працювали в перших зразках
електронних обчислювальних машин; вони громіздкі
й неекономічні. Заміна ламп
напівпровідниковими елементами в багато разів зменшує
габаритні розміри, знижує споживання енергії,
збільшує довговічність приладів.
До появи транзисторів вузли та блоки
електронної апаратури складали переважно
вручну. На металевому шасі або каркасі
кріпили основні деталі — котушки, конденсатори,
трансформатори, резистори, перемикачі,
панельки для електронних ламп і т. п. Усі ці
деталі з’єднували монтажними проводами;
кінці проводів припаювали до виводів деталей
з допомогою паяльника.
Першим кроком на шляху до нових методів
конструювання і технології близько 20 років
тому було велике поширення так званих
модулів — окремих вузлів апаратури
(підсилювача, генератора, електронного реле та інших),
оформлених у вигляді єдиного самостійного
елемента конструкції. Основою модуля була
невелика плата з ізоляційного матеріалу, на
якій з допомогою напівавтоматичних або
автоматичних пристроїв «друкували» металеві
смужки, що відповідали з’єднанням між
деталями. До певних точок плати припаювали
мініатюрні деталі — конденсатори, резистори
та ін. Готовий модуль вміщували в жорсткий
захисний корпус або запресовували в
пластмасу. Цей шлях конструювання підвищив роль
стандартизації.
З можливих варіантів схем вузлів
апаратури для конструкції модулів вибирали й
нормалізували найкращі. З’явилась можливість
випускати модулі одного й того самого типу
для різних видів апаратури. Стандартизація
допомогла розв’язати проблему
взаємозамінності типових вузлів модулів, розширила
можливості кооперування виробництва. Складання
апаратури з окремих деталей почали заміняти
складанням окремих кубиків — модулів, і це
значно полегшило автоматизацію складальних
робіт.
Особливо велику роль відіграли модулі
в конструюванні й виробництві апаратури
7

з однотипними вузлами та блоками. Це —
різного роду обчислювальні й керуючі пристрої,
телемеханічні системи, багатоканальна
апаратура техніки зв’язку.
Дальша мініатюризація деталей привела до
створення мікромодулів, тобто модулів
особливо малих розмірів. Мікромодуль теж являв
собою завершений функціональний блок
апаратури (підсилювач, випрямляч, генератор
синусоїдних або імпульсних коливань,
перелічувальний пристрій, перемикач і т. п.). Його
складають як етажерку з прямокутних
поличок — керамічних пластинок, на кожній з них
з обох боків прикріплено крихітні деталі.
Площа кожної пластинки звичайно не більша
за 1 см2, а товщина — близько 0,25 мм. Деталі
на поверхні кожної пластинки з’єднують
друкарським або фотохімічним способом. На
поверхню через трафарет наносять лінії з’єднань
у вигляді тонких плівок, які після відповідної
обробки (звичайно термічної) перетворюються
в металеві смужки; вони й відіграють роль
з’єднувальних провідників.
Багато деталей утворюють з плівок
безпосередньо на поверхні пластинок. Так,
наприклад, з трьох плівок можна одержати
конденсатор: спочатку наносять металевий шар, на
нього — плівку з ізоляційного матеріалу, а
потім зверху — знову тонкий шар металу.
Металева смужка у вигляді плоскої спіралі
утворює котушку індуктивності. Такі деталі, як
і з’єднання між ними, невіддільні від
керамічної основи, що забезпечує їх надзвичайну
механічну міцність і жорсткість.
На ребрах пластинок є по дві-три лунки,
покриті шаром металу. До деяких з них
підходять металеві смужки від деталей на поверхні
пластинок. Пластинки покривають шаром
ізоляційного лаку і потім накладають одну на
одну в певному порядку, утворюючи
стовпчик. У металізовані лунки на ребрах
заливають срібний сплав, яким пластинки міцно
скріплюються одна з одною, і водночас
завершують з’єднання деталей відповідно до
заданої схеми з’єднань. Після виготовлення
мікромодуль запресовують у пластмасу і
перетворюють на твердий кубик, в якому жорстко
закріплені всі деталі конструкції. Він зберігає
роботоздатність при сильних вібраціях і
ударах. Усі основні операції виготовлення
мікромодуля, а також наступного складання
апаратури з мікромодулів можна механізувати
й автоматизувати.
Удосконалення технології нанесення і
обробки тонких плівок з ізоляційних
напівпровідникових та провідникових матеріалів дало
змогу дуже зменшити розміри основних
деталей. Потрібних форм з’єднань і деталей
досягають з допомогою фотохімічних процесів. На
ізоляційну пластинку напилюють відповідний
шар, потім його покривають світлочутливою
сумішшю і на нього проектують через
фотооб’єктив дуже зменшене зображення деталей.
Зображення проявляють, травлять, в
результаті чого все зайве на пластинці стравлюється
і залишаються тільки елементи потрібної
форми і т. п.
Якщо 25—ЗО років тому на 100 см3 об’єму
радіоапаратури припадала в середньому одна
деталь — конденсатор або котушка, лампа
і т. п., то перехід до мікромодулів із
застосуванням тонкоплівкової технології привів до
збільшення щільності монтажу одразу в 100
і більше разів: в 1 см3 об’єму мікромодуля
розміщуються сотні надмініатюрних деталей.
Якщо окремі транзистори або інші елементи
не формують з плівок, а виготовляють окремо
і припаюють до пластинки в готовому вигляді,
то мікромодуль називають гібридним. В
останнє десятиріччя все ширше застосовують так
звану інтегральну технологію, яка дає змогу
сформувати всі елементи з плівок в єдиному
виробничому процесі. Такі мікромодулі
називають інтегральними. Малятко-мікромодуль
не тільки на диво місткий, а й напрочуд
міцний, довговічний, надійний: він може
служити десятки тисяч годин. Цей строк
сподіваються подовжити до 100 тисяч годин і більше.
Звичайна ж радіолампа працює в середньому
лише кілька тисяч годин.
Міцність, довговічність і мініатюрність —
поєднання цих трьох якостей особливо цінне
для творців космічних кораблів. Важко
уявити собі кабіну космонавта, переповнену вщерть
радіолампами, конденсаторами розміром
кожний з сірникову коробку, гудучими
трансформаторами. Для самого тільки живлення
волосків розжарення в радіолампах потрібно дуже
багато енергії. Додайте сюди густе плетиво
проводів, громіздкі монтажні плати. Весь
вільний простір кабіни був би зайнятий
радіоапаратурою. А космонавти? Для них місця не
залишилося. Доводиться здати в музей всі ці
громіздкі «меблі», не підхожі для
«малометражних квартир» космосу. Мікромодулі
розміщуються на п’ятачку і справно несуть службу.
Вмонтовані в шоломи космонавтів, вони
забезпечують надійний радіозв’язок.
Особливо цінні мікромодулі для творців
швидкодіючих електронних машин. Арифме-
8

гичний блок в одній з них нагадує бджолині
стільники. Пластина розміром з аркуш зошита
вкрита комірками — мікромодулями. їх сотні.
Дві пластини утворюють арифметичний блок.
А весь обчислювальний пристрій займає
близько 1,5 дц3 і важить менш як 2 кг.
У світі напівпровідникових мікровузлів
Дальший крок по шляху удосконалення
конструкцій і технології електронної апаратури
був зроблений з розвитком
напівпровідникових інтегральних мікровузлів. Мікровузол
формується з маленької (з розмірами сторін
2—3 мм) пластинки, вирізаної безпосередньо
з кристала напівпровідника, звичайно
кремнію. Різними методами в кристалі
формуються ділянки з властивостями конденсаторів,
резисторів, діодів, транзисторів і т. п.
Виробництво починається з вирощування
у спеціальній автоматичній установці
великих кристалів кремнію з дуже високим
ступенем хімічної чистоти. Досить сказати, що
в кристалах кремнію, які виготовляють для
цієї мети, на 10 мільярдів атомів припадає
не більш як один атом сторонньої домішки.
При виготовленні в них вводять невелику
кількість певної домішки, завдяки якій в
кристалі утворюються вільні електрони, тобто
виникає електронна електропровідність.
Алмазними дисками з кристала нарізують
пластинки, які потім піддають поверхневому
травленню. Товщина пластинок після
травлення — близько 0,1 мм. Пластинки вміщують
у трубчасту піч, і їх поверхня покривається
надзвичайно тонким шаром двоокису кремнію.
Далі на кожній пластинці формують
одночасно велику кількість (близько ста чи більше)
однакових мікровузлів. Ось як їх
виготовляють.
Поверхню пластинки покривають
світлочутливою плівкою і на неї в темряві проектують
зображення сітки, що відповідала б межам
між окремими мікровузлами. Після
промивання в розчиннику на поверхні пластинки
залишається захисна плівка з розривами в
місцях проходження розмежувальних ліній.
Потім провадять хімічну обробку поверхні, у
процесі якої вздовж розмежувальних ліній в
захисному шарі двоокису кремнію протравлюють
борозенки. Цей метод називається
фотогравіюванням.
Далі пластинки знову вміщують у піч і
вводять газоподібний бор. В результаті дифузії
бору вздовж борозенок у товщі пластинки
утворюються наче стінки, які розмежовують
ділянки окремих мікровузлів. Ці стінки мають
мікроізоляційні властивості. Потім у піч
вводять кисень, і на поверхнях пластинки знову
утворюється захисний шар двоокису кремнію.
Фотогравіювання проводять ще кілька разів,
щоб зробити в захисному шарі Отвори, які
відповідали б за розміром і формою окремим
мікроскопічним деталям. Через ці отвори
в процесі чергової термічної обробки
вводять домішки, що надають кристалу потрібних
властивостей. Фотогравіюванням утворюють
також виїмки в тих місцях, де до електродів
діодів, транзисторів та інших елементів мають
приєднуватися металеві провідники. Щоб
утворити з’єднувальні провідники, на поверхні
пластинки у вакуумі напилюють шар
алюмінію і потім, знову ж таки з допомогою
фотогравіювання, алюміній видаляють з усіх
ділянок, крім тих, де мають залишатись
алюмінієві з’єднувальні смужки. Описаним способом
формують одночасно велику кількість
мікровузлів, чим забезпечують ідентичність їх
параметрів.
Готову пластинку розрізують на окремі
квадратики — мікровузли, до кожного
припаюють провідники для зовнішніх з’єднань
і вмонтовують його в корпус. На пластинці
площею в 15—ЗО мм2 утворюються кілька
транзисторів, резисторів, з’єднання між ними
і т. п. При такому методі виготовлення
мікровузлів щільність «упаковки» деталей можна
підвищити до сотень і тисяч в одному
кубічному сантиметрі.
На порозі — молектроніка
Які ж межі дальшого удосконалення
технології? Тут ми зустрічаємося з технічним
напрямом, який називається молекулярною
електронікою, або скорочено — молектронікою. У цій
назві відбито не тільки цілі нового напряму,
а й значні його досягнення. Йдеться про
створення електронних приладів «на
молекулярному рівні», електронних блоків, де певні
функції (наприклад, функції конденсатора,
резистора, діода, підсилювача, електронного
реле, елемента пам’яті і т. п.) виконували б
окремі групи молекул. Прикладом для молек-
троніки можуть бути шедеври живої природи.
Одна нервова клітина — нейрон — виконує такі
складні функції, що їх імітує складний
електронний блок з кількох транзисторів і десятки
інших елементів. Зрозуміло, витвори молек-
троніки ще дуже далекі від рекордів живої
9

природи, але прогрес у розвитку
напівпровідникових вузлів такий стрімкий, що є підстави
для оптимістичних прогнозів.
Є такі зірки —білі карлики. Вони
складаються з речовин величезної густини. Мабуть,
з ними можна порівняти молектронні
пристрої: щільність монтажу досягав тут 1200
деталей на 1 см3, а як можливу межу деякі
спеціалісти називають цифри 10000 і навіть
300 000.
Зовсім недавно, обговорюючи перспективи
серійного виробництва тонких плівок та
інтегральних мікровузлів, спеціалісти в основному
намагались відповісти на гамлетівське
питання — бути чи не бути? Виробництво
інтегральних мікровузлів виявилось таким складним,
що виникали сумніви, чи можна організувати
його в промислових масштабах. Тепер ці
сумніви позаду, і вже обговорюються проблеми
широкого застосування досягнень молектро-
ніки у виробництві серійної апаратури.
У мікроелектроніці виникають нові
напрями. Один з них — так звана оптоелектроніка —
зв’язаний із світловими променями. Головна
ідея цього напряму — використання
електричних і світлових сигналів в єдиній системі.
Створюються кола типу електрика — світло —
електрика, якими світлові імпульси проходять
з одного вузла апаратури в інший.
Провідники світлового сигналу — оптичні волокна,
передавачі та приймачі світла —
напівпровідникові перетворювачі, які під впливом світлових
променів дають електричний сигнал, а під
дією сигналу випромінюють світло.
Мікроелектроніка уже зробила в науці
справжні революційні зрушення. Завтрашній
день цього найважливішого напряму в
радіоелектроніці — великі автоматизовані заводи,
які випускатимуть молектронну апаратуру,
що за своєю надійністю, компактністю та
економічністю наближатиметься до витворів
живої природи.
«Інтелект» електронної машини
визначається в першу чергу числом транзисторних
перемикаючих комірок — так званих тригерів.
Така комірка — аналог нервової клітини
головного мозку. Тисяча тригерів — дві тисячі
транзисторів. І коли кожний транзистор
розміром з горошину, то всі разом вони
потребують немало місця. Якщо полічити клітини
людського мозку, які зберігають і
опрацьовують інформацію, то вийде солідне число
з дванадцятьма нулями. Стільки транзисторів
розмістити в електронному аналозі мозку
навряд чи можливо.
Отут-то слово за молектронікою. Учені
заглянули далеко вперед: а що, коли
пристосувати для зберігання інформації окремі атоми
й молекули? Тоді в компактному пристрої
зможуть з комфортом розташуватися сотні
мільярдів «клітин»!
Недавно була запропонована теорія
тримірного запам’ятовуючого пристрою на твердому
тілі. Записувати і зчитувати інформацію
оптичний запам’ятовуючий пристрій зможе
з допомогою перехресних світлових променів,
а за комірку пам’яті може правити будь-який
елемент кристала, сумірний з довжиною
світлової хвилі. Реалізація такого
запам’ятовуючого пристрою дала б змогу зберігати в 1 см3
кристала 1010—10‘2 двійкових одиниць
інформації, тобто в мільярди разів більше, ніж
можна чекати від звичайних мікроелектрон-
них блоків пам’яті.
Поки що ми не знаємо, чи здійсненно все
це. Але припустімо, що задумане вченими
здійсниться. Тоді людство матиме могутнього
помічника, і багато нинішніх проблем
дальшого технічного прогресу легко буде
розв’язати.
В ОСНОВІ - хвиля
«Швидкі, як хвилі...»
Так починається стара студентська пісня.
А втім, її сучасники навряд чи в повній
$іірі уявляли собі, якими швидкими можуть
бути хвилі. Малися на увазі морські, а вони —
тихоходи проти найбільш «неповороткої» з
невидимих хвиль. Хвилі наче для того й існують,
щоб стати ідеальним, ні з чим не зрівнянним
засобом зв’язку.
...У безмежних просторах Всесвіту незримо
й нечутно мчать радіохвилі. Вони напливають
одна на одну, розбігаються в різні боки,
пронизуючи, збурюючи простір. Деякі з них —
лише відгомін далекої грози, інші послані
рукою людини. «БОБІ БОБІ БОБІ» — передає
норвезький парусник, застигнутий штормом
у Північному морі. І наче водяні кола навкруг
кинутого каменя, біжать, поспішають
посланці— радіохвилі. «БОБІ БОБ! БОБ!» — мчать
вони в усі кінці Землі. «Рятуйте!..» —
захльостує простір сигнал біди.
І от уже назустріч іде хвиля-відповідь:
«Я — російський пароплав «Обь». Іду на
допомогу. Мої координати...»
Підкоряючись законам природи, рухаються
радіохвилі. Учені оволоділи цими законами,
10

знайшли могутню й чудесну силу — радіо.
В основі безпровідникового зв’язку — хвилі.
Ідуть двоє, один за одним. Задній окликнув
переднього. Передній почув, озирнувся.
Мабуть, це найпростіший приклад зв'язку, що
відбувається з допомогою хвиль. В даному
разі — звукового, повітряного.
Музика, мова, шум поїзда, який мчить по
рейках, щебетання пташок — усе це приклади
різних звуків. їх дуже багато, іноді вони
здаються зовсім не схожими один на одного,
але природа їх однакова.
Є звуки високі й низькі. Так, чоловічий
голос — звук, як правило, нижчий за жіночий.
Висота звуку залежить від того, наскільки
часто коливається предмет, що його породжує.
Наприклад, коливання товстої струни
порівняно повільні, тому і звук тут низький. Тонка
струна коливається значно швидше, і звук,
який вона видає, високий.
Число коливань тіла за одну секунду
називається частотою коливань. Людина може
почути звуки з частотою від 16—20 до 16 000—
20 000 герців *. Ці межі залежать від
індивідуальних особливостей людського вуха.
Нечутні звуки з частотою, нижчою за 16—
20 Гц, називають інфразвуками, а з частотою,
вищою за 16000—20 000 Гц,—ультразвуками.
Як же відбувається передача звуку на
відстань, чому звук можна почути?
Ударте по натягнутій струні, щоб вона
почала коливатися. Коливання передадуться
навколишньому повітрю. Частинки повітря
теж почнуть коливатися. У повітрі виникнуть
навперемінні вгущення й розрідження, які
утворюють невидимі хвилі, що поширюються
в просторі.
Хто не бачив, як розходяться кола на
поверхні води, коли кинути камінь? Це теж
хвилі. Відстань між гребенями сусідніх хвиль
називають довжиною хвилі. Частота коливань
і довжина хвилі взаємозв’язані. Щоб знайти
довжину хвилі, не обов’язково її міряти, та
це й не завжди можливо. Досить поділити
швидкість, з якою поширюється хвиля, на
частоту коливань. Чим вища частота коливань,
тим коротша хвиля. Вимірювання показали,
що при звичайній температурі швидкість
звуку в повітрі дорівнює приблизно 340, у воді —
1450 і в залізі — приблизно 5000 м/с.
В міру поширення хвиля поступово затухає.
Це відбувається внаслідок розсіювання
енер* 	Одиниця частоти коливань — герц (Гц) — одне
коливання за секунду. 103 Гц-1 кГц (кілогерц);
10е Гц-1 МГц (мегагерц); 10® Гц-1 ГГц (гігагерц).
гії в просторі, а також почасти в результаті
поглинання в повітрі, воді і т. д. Ось чому
із збільшенням відстані звук слабшає. У
рідинах і особливо у твердих тілах звукова
хвиля затухає слабіше, ніж у повітрі.
Приклавши вухо до залізничної рейки, можна
почути шум поїзда, що наближається, задовго
до того, як його буде чути по повітрю.
Наштовхуючись на барабанну перетинку
вуха, звукові хвилі примушують її
коливатися — і ми чуємо.
Якщо джерело звуку знаходиться під
скляним ковпаком, заповненим повітрям, дзвінок
чути. Але досить тільки відкачати повітря —
і звук зникне. А от електромагнітні хвилі
поширюються і в безповітряному просторі.
Познайомимося з ними ближче.
Якщо полюси електричної батареї замкнути
провідником, то в такому колі потече
постійний струм. Постійним його називають тому,
що тече він в одному напрямі: від позитивного
полюса до негативного (умовно цей напрям
обрали зворотним напрямові руху електронів
у проводі).
До проводу кола наблизимо чутливий
компас. Стрілка його відхилиться від початкового
положення. Розімкнемо коло струму —
стрілка стане на місце. Так наочно доводиться, що
електричний струм збуджує в навколишньому
просторі магнітні сили. Електричні й магнітні
хвилі, збуджувані струмом, являють собою
один з проявів особливого виду матерії —
електромагнітного поля.
Уявіть собі електричне коло, що
складається з батарейки, проводу й лампочки. Що буде,
коли почати швидко перемикати полюси
батарейки, весь час міняючи їх місцями? Ясно:
струм відповідно змінюватиме напрям.
Лампочка при цьому мигтітиме. А коли перемикати
батарейку все швидше і швидше, скажімо,
не вручну, а з допомогою якогось моторчика?
В такому разі мигтіння лампочки ми вже не
помітимо: розжарений волосок не встигне
охолонути й померкнути за ту коротку мить,
протягом якої струм зупиняється і повертає
назад.
Електричний струм, що змінює напрям
багато разів за секунду, називають змінним.
Саме такий струм тече в освітлювальній
мережі. Він змінює напрям 100 разів за секунду:
соту частку секунди йде в одному напрямі,
потім —у зворотному, ще через соту частку
секунди знову йде в попередньому напрямі
і т. д., тобто коливається, роблячи 50 повних
коливань за секунду. Коли зарисувати, як
11

змінюється струм у мережі, то вийде
синусоїда.
Число коливань, які робить змінний струм
за секунду,— його частота; частота струму
в освітлювальній мережі — 50 Гц.
Навколо проводу, яким тече змінний струм,
теж діють електричні й магнітні сили, тобто
існує електромагнітне поле. Але наблизьте
до такого проводу чутливий компас — його
стрілка залишиться нерухомою. Напрям
магнітних сил, що діють навколо проводу із
змінним струмом, змінюється надзвичайно
швидко, і стрілка через інерцію просто не
встигає реагувати на них.
Електричні й магнітні сили змінного поля
не можуть існувати окремо. Всяка зміна
магнітних сил одразу ж тягне за собою зміну
сил електричних. Таку властивість поля
називають електромагнітною індукцією. І
навпаки, зміна електричних сил неминуче
приводить до зміни сил магнітних. Якщо в
електромагнітне поле змінного струму помістити
замкнутий виток проводу, в ньому почне
циркулювати струм тієї ж частоти. Це —
результат електромагнітної індукції. Вона
використовується, наприклад, у трансформаторі,
призначеному для підвищення або зниження
напруги змінного струму.
Трансформатор — один з найпоширеніших
електротехнічних приладів. У ньому, як
правило, дві обмотки, іноді буває і більше. Коли
по якійсь з обмоток тече змінний струм,
навколо неї виникає змінне електромагнітне
поле. Перетинаючи витки інших обмоток, воно
збуджує в них змінні електрорушійні сили
(е. р. с.).
Завдяки індукції змінне електромагнітне
поле має одну чудову властивість: воно
поширюється в просторі. Адже всяка зміна
електричних сил в якійсь точці викликає в
сусідній точці відповідну зміну сил магнітних.
Останні, в свою чергу, впливають на
електричні сили в більш віддаленій точці, а ті —
на магнітні сили і т. д. Так виникає електро-
I(струм)
Ґ(час)
магнітна хвиля — естафета, в якій роль
бігунів, що чергуються, відіграють електричні
й магнітні сили. Ці бігуни не мають
суперників. їх швидкість — 300 000 км/с!
Коли зобразити, як змінюється величина
електричних і магнітних сил з відстанню, то
вийде знайома нам хвиляста лінія —
синусоїда. Така картина справедлива для якогось
моменту часу. В наступний момент синусоїда
зміститься, бо хвиля рухається з швидкістю
світла. Довжина електромагнітної хвилі — це
відстань між двома сусідніми горбами або
западинами такої синусоїди.
Електромагнітні хвилі становлять велику
й могутню сім’ю. До неї належать і
радіохвилі, і світло, і рентгенівське проміння.
Кожний член цієї сім’ї має свій, суто
індивідуальний характер, свою довжину хвилі.
Діапазон довжин електромагнітних хвиль,
застосовуваних у радіотехніці, величезний — від
100 тис. км до 0,1 мм. Довжина світлових
хвиль вимірюється частками мікрометра
[мікрометр (мкм) — 0,000001 метра].
Усе вшце й вище, усе коротше й коротше!
Говорячи про сучасні тенденції в розвитку
радіоелектроніки, не можна не згадати про
освоєння дедалі коротших електромагнітних
хвиль, дедалі вищих частот. Ця тенденція не
випадкова. Поверніть трохи ручку настройки
свого приймача (найкраще на довгих хвилях)
і ви побачите, що кожна станція займає на
шкалі певну ділянку. Такий самий принцип
радіопередачі — кожній станції потрібна, як
кажуть, смуга частот — для передачі
телебачення, наприклад, кілька мегагерців, для
передачі музики —не менш як 9 кГц (ну,
скажімо, від 200 до 209 кГц або від 1261 до
1270 кГц), для радіотелефону — близько 5 кГц,
а для телеграфної передачі — менше: кілька
сотень або навіть десятків герців. З усього
цього випливає простий і сумний висновок:
число станцій, які можуть одночасно
працювати в тому чи іншому діапазоні, не
заважаючи одна одній, обмежене.
Спочатку використовували тільки хвилі
довжиною в сотні й тисячі метрів — гектометрові
й кілометрові. Коротші хвилі вважали
непридатними для практичного застосування.
Пояснювалося це ось чим. Передачі
довгохвильових станцій можна приймати на відстанях
до кількох тисяч кілометрів. У міру
віддалення від передавача гучність прийому
зменшується плавно, без усяких стрибків. Що ж до
12

хвиль довжиною в десятки метрів —
декаметрових хвиль, які часто називають
«короткими»,— то тут, як спочатку здавалося, сила
прийому дуже різко залежить від відстані.
Якихось 100^200 км, а іноді й того менше —
і станція «замовкла». Короткі хвилі, як хвилі
третього сорту, передали в користування
радіолюбителям. Але невдовзі виявилося, що
з допомогою маленьких короткохвильових
передавачів, які споживають енергії стільки ж,
скільки звичайна освітлювальна лампочка,
можна вести зв’язок на величезних
відстанях— між протилежними точками Землі.
Спочатку успіхи радіолюбителів-короткохви-
льовиків здавались неймовірними, майже
абсурдними. І не дивно: в сусідньому місті, за
сотню кілометрів від передавача, немає
навіть натяку на сигнали, а десь у антиподів
вони звучать голосно й чітко. Потім секрет
розгадали. Виявилося, що в поширенні
радіохвиль велику роль відіграє атмосфера, яка
складається з трьох шарів. Перший —
тропосфера — простягається на 11 км від поверхні
Землі. Над ним, десь за 50 км, лежить
другий шар — стратосфера. А ще вище — третій —
іоносфера. Саме цей шар справляє
вирішальний вплив на поширення радіохвиль.
Іоносфера містить позитивні іони і вільні
електрони, тому вона має електропровідність.
Електромагнітна енергія може
поширюватися двома шляхами — уздовж земної
поверхні і під кутом до неї, в атмосфері. Хвилю, яка
йде першим шляхом, називають поверхневою.
Другим шляхом рухається просторова хвиля.
Зустрічаючи іоносферне «дзеркало»,
просторова хвиля, залежно від своєї довжини,
заломлюється і відбивається, повертаючись на
Землю в місці, віддаленому від місця
випромінювання. Поширюючись гігантським стрибком,
така хвиля може покривати величезні відстані.
Кілометрові й гектометрові хвилі рухаються
обома шляхами. Коли вони поширюються
вздовж поверхні, грунт відносно слабко
поглинає їх, і хвилі добре огинають кривизну
Землі. Декаметрові хвилі дуже погано
поширюються вздовж земної поверхні. Вони швидко
втрачають енергію. Тому для них залишається
практично один шлях — у просторі.
Якщо, настроївши приймач на близьку
короткохвильову радіостанцію, віддалятися від
неї, то чутність почне швидко зменшуватися
й невдовзі прийом зовсім припиниться:
поверхнева хвиля вичерпалась. Кілька сотень
або навіть тисяч кілометрів ми рухатимемося
«зоною мовчання», а потім знову буде чути
передачу: ми зустрілися з просторовою
хвилею, яка відбилася від іоносфери.
Так поводяться хвилі довжиною приблизно
від 100 до 10 м. Метрових і більш коротких
хвиль іоносфера не відбиває, вони йдуть
у світовий простір. Іоносферне дзеркало
прозоре для цих хвиль, воно лише трохи
заломлює їх, як скло — світлові промені.
Здавалося б, для земних потреб ультракороткі хвилі
непридатні: вздовж поверхні Землі вони
поширюються лише в межах прямої видимості,
а з простору не повертаються. Так думали
раніше. Але потім звернули увагу і на
переваги радіохвиль цього діапазону.
Уже наприкінці 20-х і особливо на початку
30-х років, коли практично в усіх країнах
світу з’явилися сотні радіомовних станцій,
коли тисячі радіотелефонних і
радіотелеграфних передавачів були встановлені на кораблях
і літаках, почався частотний голод. Станції
вже не могли розміститися в застосовуваних
доти радіодіапазонах кілометрових, гектомет-
рових і декаметрових хвиль.
Тіснота в ефірі посилилася тим, що
величезної частотної площі вимагали два
новонароджених члени радіосім’ї — телебачення
і радіолокація. Причому апетити їх воістину
фантастичні. Кожному телепередавачу
потрібна була смуга частот, якої вистачило б на
600—700 станцій звукового радіомовлення.
Якби віддати телебаченню кілометрові,
гектометрові й декаметрові хвилі, разом узяті, то
цих діапазонів вистачило б тільки на чотири
телецентри. При цьому, зрозуміло, всі
станції звукового радіомовлення,
радіотелефонного і радіотелеграфного зв’язку, що працюють
на цих хвилях, довелося б закрити. На щастя,
такий телевізійний передавач з технічних
причин був би нероботоздатним, навіть коли б
це і спало комусь на думку. Вихід лишався
тільки один — треба було освоїти
радіотехнічну «цілину» — незрівнянно більш місткі
діапазони метрових і дециметрових хвиль.
Знаючи швидкість електромагнітних хвиль,
легко встановити зв’язок між довжиною хвилі
і частотою коливань. Так, довжина хвилі
10 км відповідає частоті 30 кГц, а хвиля
довжиною 1000 м виникає при коливаннях з
частотою 300 кГц. Отже, діапазон від 10 000 до
1000 м займає смугу частот шириною 300—
—30=270 кГц. Якщо відвести кожній станції
звукового радіомовлення смужку в 10 кГц, то
тут знайдеться місце для 27 радіостанцій.
Неважко підрахувати таким же способом, що
діапазон від 10 до 1 м може вмістити 27 000
ра13

діомовних станцій. Звідси видно, що чим
коротша хвиля, тим ширший діапазон.
Але як бути з «далекобійністю»
ультракороткохвильових передавачів, у тому числі
телевізійних?
Для телевізійного мовлення було
споруджено сотні передавачів, кожний з яких
обслуговував відносно невелику територію радіусом
у десятки кілометрів. Але треба було
передавати телевізійні програми і на більші
відстані, створити густу мережу телевізійного
мовлення. Розв’язали проблему радіорелейні
лінії.
Лінія радіорелейного зв’язку являє собою
мережу порівняно малопотужних приймально-
передавальних радіостанцій, які працюють на
ультракоротких хвилях і знаходяться в
межах прямої видимості одна від одної.
Сигнали, послані у вигляді вузького пучка
радіохвиль з однієї станції, приймають на другій,
підсилюють, потім передають на третю, знову
підсилюють і т. д. По кожній радіорелейній
лінії можна передати одночасно сотні й тисячі
телефонних повідомлень, кілька телевізійних
програм
За метровими й дециметровими хвилями
пішло освоєння в радіорелейному зв'язку ще
коротших хвиль — сантиметрових і
міліметрових, які називають іноді мікрохвилями.
Просування від декаметрових хвиль до
мікрохвиль було зв’язане з великими
труднощами.
З підвищенням частоти, наприклад,
невеликі провідники за певних умов починали
поводитись як ізолятори, а ізолятори — як
провідники. Лампи переставали працювати, бо
навіть ті малі частки мікросекунди, які
електрон витрачав на дорогу всередині балона
лампи, були недопустимо великим часом для
надшвидкого мікрохвильового коливального
процесу. Довелось значно змінювати звичні
для минулих десятиліть радіодеталі та вузли
апаратури.
В міру освоєння нових діапазонів ученим
та інженерам довелось, по суті, заново
створювати радіотехніку, далеко складнішу га
радіотехніку «старих» діапазонів. Тепер уже
можна вважати освоєними не тільки
дециметрові й сантиметрові, а й міліметрові хвилі,
хоча радіоапаратура цього діапазону ще
потребує удосконалення.
На черзі — світло: адже світлові хвилі
мають ту саму природу, що й радіохвилі, і їх
теж можна використовувати для передачі
різної інформації. Кілька років тому світловий
промінь з’єднав між собою два московських
телефонних вузли, і багато москвичів, і гадки
про це не маючи, вели розмови через
багатоканальну світлову лінію зв’язку.
Учені намагаються використати
електромагнітні коливання з довжиною хвилі ще
коротшою, ніж у світла, зокрема рентгенівське
проміння. Характеризуючи становище в цій
галузі радіотехніки, можна сміливо сказати:
наступ триває!
Колиска радіохвиль
Електромагнітні коливання виникають у
коливальному електричному колі — резонаторі
або коливальному контурі. Найпростіший
коливальний контур, який ми вже згадували,
складається з двох деталей — котушки
індуктивності Ь і конденсатора С.
Котушка індуктивності являє собою
дротяну спіраль, яку намотують на каркас з
якогось матеріалу, що не проводить електричного
струму.
Найпростіший конденсатор — це дві плоскі
металеві пластини, розташовані паралельно
на невеликій відстані одна від одної.
Перед тим як розглядати роботу
коливального контура, познайомимося з дією його
частин — котушки індуктивності й
конденсатора.
У повсякденному житті нам часто
доводиться зустрічатися з явищем інерції.
На валах багатьох машин установлюють
маховики — масивні колеса, які згладжують
поштовхи обертових валів. Спробуйте одразу
розкрутити маховик або різко загальмувати —
нічого не вийде. Повільно, наче нехотя,
набиратиме він швидкість, а вже коли
розкрутиться, то так само нехотя поступово буде
зупинятися. Це —приклад дії інерції.
Котушка індуктивності нагадує маховик.
Вона має свого роду інерцію по відношенню
до електричного струму, може
нагромаджувати енергію.
Коли замкнути полюси електричної батареї
прямолінійним провідником, то в такому колі
майже вмить установиться найбільший струм.
Значить, електрична інерція прямого проводу
зовсім мала. Коли ж до батареї під’єднати
дротяну спіраль, то струм досягав
максимальної сили не зразу, а поступово. Це
відбуватиметься тим повільніше, чим більше витків
у спіралі. Отже, котушка індуктивності мав
електричну інерцію, яка зростав із
збільшенням числа витків.
14

0і тттттті
Індуктивність котушки перешкоджав не
тільки швидкому зростанню струму при
замиканні кола, а й його спаду в момент
розмикання. Інакше кажучи, подібно до того, як
інерція протидіє всякій зміні швидкості руху
тіл, індуктивність чинить опір всякій зміні
струму.
Тепер звернімося до конденсатора. В ньому
нагромаджується електричний заряд. Чим
більша площа пластин конденсатора і чим
менша відстань між ними, тим більша його
ємність, тобто тим більший заряд він може
вмістити.
Щоб зарядити конденсатор, треба увімкнути
його до полюсів батареї. При цьому на одній
пластині конденсатора зосередиться
позитивний заряд, а на другій — негативний. Коли
тепер вимкнути батарею і замкнути пластини
коротким провідником, то конденсатор майже
моментально розрядиться — провідником
потече струм і заряди урівноважаться.
Якщо ж до пластин конденсатора приєднати
котушку індуктивності, то внаслідок її
великої електричної інерції максимальний струм
установиться не зразу. Струм зростатиме
поступово й досягне найбільшої сили, коли
конденсатор повністю розрядиться. Здавалося б,
у цей момент струм повинен миттю
припинитися—адже конденсатор повністю
розрядився. Але вгадаймо маховик: уже давно не
працює двигун, який обертає вал, а це важке
колесо все крутиться й крутиться.
Так само і рух електричних зарядів
внаслідок інерції котушки не припиниться одразу,
коли конденсатор розрядиться. За рахунок
енергії, нагромадженої котушкою, струм
певний час тектиме в той самий бік, що й раніше,
поступово спадаючи. При цьому конденсатор
знову почне заряджатись, але на пластині, де
раніше був позитивний заряд, почне
зосереджуватися негативний, і навпаки. У той
момент, коли конденсатор знову повністю
зарядиться, струм у колі спаде до нуля; потім
струм потече у зворотний бік — конденсатор
знову почне розряджатися. Такий процес
навперемінного зарядження і розрядження
повторюється знову й знову. У колі, що складається
з конденсатора й увімкнутої до нього
котушки, відбуватимуться електричні коливання.
Звідси й назва такого кола — коливальний
контур.
Якби провід котушки не мав опору, тобто
пропускав електричний струм без втрат,
коливальний процес у контурі тривав би вічно.
Однак у всякому проводі неминуче
витрачається електрична енергія. Електронам, які
рухаються по проводу, доводиться пробиватися
крізь гущу атомів металу. Частина
електронів зіштовхується з ними, різко гальмується
і втрачає свою енергію, яка перетворюється
в тепло, нагріваючи провід. Тому електричні
коливання поступово затухають, і коливальний
процес у контурі припиняється.
Коливальний контур, як і його механічний
прототип — маятник, має власну частоту
коливань. Чим більша індуктивність котушки
і ємність конденсатора, тим рідші
коливання — нижча власна частота коливального
контура.
Регулюючи ємність чи індуктивність, контур
передавача або приймача настроюють на
потрібну частоту електричних коливань.
Індуктивність зосереджена в котушці,
ємність— у конденсаторі, тому контур іноді
називають колом з зосередженими параметрами.
Але в радіотехніці, особливо на надвисоких
частотах, нерідко застосовують коливальні
системи іншого типу — з розподіленими
параметрами.
Розташуємо паралельно два провідники.
Кожний провідник мав певну індуктивність,
а між ними в ємність — провідники правлять
наче ва обкладки конденсатора. Але
індуктивність і ємність не зосереджені в певному
місці, а розподілені по всій довжині
провідників. Така двопровідна лінія — приклад кола
15

з розподіленими параметрами. Другий
приклад — коаксіальна (концентрична) лінія.
Вона теж складається з двох провідників, тільки
один являє собою металеву трубку, а другий
розташований всередині неї, точно по осі. По
двопровідній та коаксіальній лініях можна
передавати електромагнітну енергію. На
сантиметрових хвилях застосовують хвилевід —
металеву трубу, по якій електромагнітна
енергія поширюється, не виходячи назовні і не
випромінюючись у простір.
У двопровідній, коаксіальній чи хвилевідній
лінії електромагнітна хвиля звичайно
рухається від входу до виходу. Таку хвилю
називають біжучою. Коли ж взяти відрізок лінії
і замкнути його на кінці перемичкою або
«заглушкою», то хвиля, натрапивши на неї,
поверне назад. Виникає своєрідна «луна».
Відрізок лінії поводиться подібно до
коливального контура і теж має певну власну
частоту. Якщо лінія замкнута або розімкнута
і на початку і в кінці, то при коливаннях
уздовж її довжини укладається рівно
половина хвилі, коли ж лінія з одного боку
замкнута, а з другого розімкнута,— чверть. При
цьому пряма і відбита хвилі, взаємодіючи між
собою, утворюють «стоячу» хвилю, котра не
зміщується уздовж лінії, а лише «пульсує» на
одному й тому самому місці.
Коливальний контур з зосередженими
параметрами застосовується на метрових і
довших хвилях.
Щоб укоротити хвилю, тобто збільшити
частоту коливань у контурі, доводиться
зменшувати його індуктивність і ємність. При
цьому число витків котушки індуктивності
зменшується, і нарешті залишається тільки
один. А коли треба ще. більше зменшити
індуктивність? У діапазоні довжин хвиль
40—50 см на зміну коливальному контуру
з зосередженими параметрами приходить
коливальне коло з розподіленими параметрами.
При довжині хвилі 30 см розміри відрізка
двопровідної лінії досягають 15 см.
Виготовити таку лінію буде просто.
А
Проте в міру того як укорочується хвиля,
навіть невеликі провіднички починають
відігравати роль антен. Електромагнітна енергія
прагне «виплеснутися» у простір. Двопровідна
лінія неспроможна перешкодити витіканню
електроенергії. Зовсім інша річ — лінія
коаксіальна. Тут зовнішній провідник виконує
роль екрана — не дає електромагнітній енергії
витікати назовні.
На сантиметрових і міліметрових хвилях
поширені об’ємні резонатори. Це замкнуті
металеві порожнини. Якщо взяти відрізок хви-
левода і замкнути його з обох боків
металевими «заглушками», то вийде циліндричний
резонатор (А). Існують також тороїдальні (Б),
сферичні (В) та інші резонатори.
Між звичайним коливальним контуром і
об'ємним резонатором немає великої різниці.
Більше того, можна простежити поступовий
перехід від контура до об’ємного резонатора.
Коливальний контур звичайно вміщують
у металевий екран (А), який запобігає
витіканню енергії. Оскільки екран заземлений, він
може відігравати роль спільного проводу.
Отже, один кінець котушки і одну пластину
конденсатора можна приєднати до екрана (Б).
Ніщо не заважає також увімкнути
конденсатор до нижнього торця екрана, а
індуктивність — до верхнього (В). Роль однієї з пластин
конденсатора може відігравати сам екран (Г).
Поступово зменшуючи індуктивність,
замінимо котушку прямолінійним провідником (адже
він теж має певну індуктивність!). Потім
конструктивно об’єднаємо провідник з верхньою
пластиною конденсатора (Д). Вийде
коаксіальний резонатор, який можна розглядати як
відрізок коаксіальної лінії, замкнутий з
одного кінця. Поступово вкорочуючи внутрішню
трубу коаксіального резонатора, прийдемо
зрештою до резонатора циліндричного: від
коливального контура в екрані залишається
самий лиш екран, але «екран» сам поводиться
16

як коливальний контур. Розміри об'ємного
резонатора порівняно невеликі, а власна
частота дуже висока.
Слуга радіотехніки — резонанс
Досі ми розглядали вільні коливання контура.
Через неминучі втрати енергії амплітуда
таких коливань поступово зменшується. Отже,
ці коливання затухаючі. Хитніть маятник
не заведеного годинника — він коливатиметься
з убуваючою амплітудою і кінець кінцем
зупиниться.
Щоб підтримувати коливання з незмінною
амплітудою (незатухаючі коливання), треба
поповнювати втрати енергії в коливальній
системі.
Коли ви розгойдуєте гойдалку, то раз у раз
додаєте енергії, не даючи зменшуватися
розмахові коливань. Гойдалка робить при цьому
вже не вільні, а вимушені коливання. Ви
змушуєте її розгойдуватися з певним
розмахом, не даєте коливанням затухати.
Зовсім не однаково, як розгойдувати
гойдалку. Ви мимоволі пристосовуєтеся до частоти
її коливань, намагаєтеся попадати «в такт».
Якщо частота вимушених коливань збігається
з власною частотою системи, то настав явище
резонансу.
Припустімо, дві гітарні або скрипкові
струни настроєні на один тон. Ударте по одній
із струн — друга зразу ж озоветься. Це і є
резонанс (французьке слово «резонанс»
походить від латинського слова «резоно», що
означає «звучу у відповідь», «відгукуюсь»). При
резонансі, виявляється, досить порівняно
невеликої затрати енергії, щоб підтримувати
сильні коливання.
Для радіозв'язку і радіомовлення потрібні:
радіопередавач, передавальна і приймальна
антени і радіоприймач. Радіопередавач —
«фабрика» електричних коливань.
Передавальна антена поширює, а приймальна — приймав
«продукцію». Приймач звукового
радіомовлення — «підприємство», яке переробляє
електричні коливання у звуки.
Відбувається радіопередача в такий спосіб.
Електромагнітні хвилі, що їх випромінює
антена радіопередавача, як і всякі інші, мають
енергію. Досягаючи місця приймання, хвилі
діють на антену радіоприймача. Завдяки
електромагнітній індукції електрони в проводі
антени починають рухатися — з'являється
змінний струм, частота якого відповідав дов-
17
А
2 229

жині прийманої електромагнітної хвилі. Цей
струм і дів на приймач.
Перші радіопередавачі мали істотний
недолік, який легко пояснити на такому прикладі.
Уявіть собі, що ви сидите на зборах, де
розгорілись бурхливі дебати. Звуки окремих
голосів зливаються в суцільний гул, важко
щось зрозуміти. Ви теж не від того, щоб
поділитися думками з товаришем, підвищуєте
голос, щоб той почув, намагаєтеся перекричати
всіх. Природно, за вашим прикладом можуть
піти й інші. Загальний галас посилиться, і тут
уже зовсім нічого не розбереш.
Дещо аналогічне відбувалося на світанку
розвитку радіо. Чим більше ставало
радіопередавачів, чим більше підвищувалась їх
потужність, тим дужче вони заважали один
одному. Щоб виділити передачу, почали
використовувати явище резонансу.
Людське вухо — чудовий «приймач», який
сприймає широку смугу звукових частот. Але
уявіть собі, що ми можемо настроювати його
на певний тон, як настроюють струни
музичного інструмента. Тоді він відзиватиметься
(резонуватиме) тільки на цей тон, а всіх
інших звукових коливань ми не почуємо. Коли б
можна було так «настроювати» наші органи
слуху і мовлення, то, перемовляючися в юрбі
«на різних частотах», ми зазнавали б значно
менше перешкод.
Тепер перейдемо до дійсності. Те, що було
фантазією, коли ми говорили про людську
мову, виявилося цілком здійсненним у галузі
радіо. Усе це відомо. Але як вдалося допомогти
кожному передавачеві спокійно, не
надриваючись, «розмовляти» 8 багатомільйонними
слухачами серед того галасу, який зчиняють
станції всієї землі?
Довелось поділити радіодіапазони. Кожній
радіостанції відвели певну смужку частот,
на яких вона може вести передачі. Тут-то
й вийшов на передній план коливальний
контур. Він — неодмінна приналежність сучасних
радіоприймачів і передавачів.
Радіопередавач завдяки резонансним
властивостям коливального контура випромінює
радіохвилі з частотою, на яку настроєний
контур. Приймач з таким контуром при
настроюванні в резонанс уловлюватиме тільки
хвилю «свого» передавача.
«Робінзон» подає сигнали
Уявімо собі таку незвичайну ситуацію: ми
з вами — жертви корабельної аварії. Подібно
до Робінзона ми опинилися на безлюдному
острові. З уламків корабля і того, що було
під руками, спорудили іскровий передавач.
Натягнули шматок троса — антену, ввімкнули
до передавача батареї.
Отже, передавач працює, по проводу антени
тече струм радіочастоти, у простір
випромінюються радіохвилі. Тепер можна загоряти
і приймати водні процедури, чекаючи
рятувальної експедиції. Та ба, її можна й не
дочекатися, адже те, що ми випромінюємо, ще
не сигнал. Єдина інформація, яку в цьому
разі несуть радіохвилі, полягає в тому, що
десь працює джерело електромагнітних
коливань такої-то частоти.
Треба дати коливанням смислове
«навантаження», перетворити їх у сигнали.
Найпростіше зробити це, перериваючи коливання за
правилами телеграфної азбуки: крапка —
тире, крапка — тире.
Щоб передавати не тільки телеграфні
сигнали, а й мову, музику, телевізійні програми,
керують одним з параметрів високочастотних
коливань, наприклад амплітудою або
частотою, за законом передаваного повідомлення.
Такий процес називають модуляцією.
Передача телеграфним ключем — маніпуляція —
один з видів модуляції.
В кожному передавачі є модулятор, а в
приймачі — детектор — пристрій, що виконує
зворотні функції, які перетворюють модульовані
коливання у звуковий або телевізійний сигнал.
Мова, музика або тим більш телевізійний
сигнал являє собою надзвичайно складні
коливання. Проте їх можна розглядати як
результат додавання незліченних складових
з різними частотами й амплітудами. Вони
утворюють спектр сигналу.
Радіочастотний спектр має аналоги в
акустиці й оптиці. Так, звучання музичного
інструмента містить ряд обертонів, від числа
й інтенсивності яких залежить тембр; сонячне
світло — сукупність великої кількості
променів з хвилями різної довжини і т. д.
Передати сигнал неперекрученим — значить,
зберегти в первісному вигляді його спектр,
усю цю безліч синусоїдних коливань.
Конденсатор, котушка індуктивності,
коливальний контур, двопровідна, коаксіальна або
хвилевідна лінія, об'ємний резонатор —
приклади лінійних радіотехнічних кіл.
Напруга і струм у таких колах зв’язані лінійною
залежністю, тобто прямо пропорціональні.
Збільшіть удвоє напругу на контурі — удвоє
зросте струм. Якщо напруга синусоїдна, струм
18

змінюватиметься так само за синусоїдою.
Але є кола нелінійні, в яких пропорціональ-
ність між напругою і струмом може
порушуватися. Тут форма коливань спотворюється:
на вході кола — «чиста» синусоїда, а на
виході — цілий спектр: коливання не тільки
основної частоти, а й гармонік (частот, які в ціле
число разів перевищують основну). Іноді це
корисно, в інших випадках — небажано.
Нелінійними колами є всі електронні прилади —
напівпровідникові діоди, транзистори,
електронні лампи і т. п. Можна використовувати
їх так, що нелінійність проявлятиметься
слабо, але можна і так, що нелінійні властивості
викликатимуть сильні зміни коливань, що
проходять.
УГЛИБ ЕЛЕКТРОНІКИ
Почалося з лампи
У розділі «Народження радіоелектроніки» ми
познайомилися з будовою і роботою
найпростішої радіолампи — діода. Тепер на черзі
тріод — лампа, вдатна не тільки випрямляти
змінний струм, а й підсилювати слабкі
електричні коливання*.
У тріоді між анодом і катодом є додатковий
електрод у вигляді металевих граток або
дротяної спіралі — так звана сітка. Вона-то й
надала електронній лампі воістину неоціненних
властивостей. Зараз ми з ними
познайомимося. Нам допоможе життєвий приклад.
Згадаймо коваля. Колись праця його була
важкою, вимагала неабиякої фізичної сили
й витривалості. І в наші дні ковалі звичайно
міцні люди. Але тепер, щоб ударити по
розпеченій болванці, великої сили не потрібно:
повернув ручку механічного молота — він
трохи піднявся, другий рух руки —упав вниз,
сплющуючи іскристий кусок металу. Слабке
мускульне зусилля людини машина
перетворює в удар багатотонного молота. Вона в
тисячі разів збільшує людську силу.
Дещо подібне робить і тріод: слабкі
електричні коливання він підсилює в багато разів.
Ось чому таку радіолампу називають
підсилювальною.
Для чого призначені катод і анод, ви вже
знаєте. А яка роль сітки в підсилювальній
лампі?
Постежте за міліціонером-регулювальником,
який, стоячи посередині людного перехрестя,
керує вуличним рухом. Ось він підняв жезл.
Стоп! Потік автомобілів, мотоциклів,
тролейбусів умить зупиняється. Новий помах
жезла—і автомобілі знову мчать через
перехрестя.
Отак само й сітка керує потоком електронів,
які мчать крізь неї до анода. Коли сітка
заряджена позитивно, вона прискорює рух
електронів, допомагає їм відірватися від
катода і досягти анода лампи. Коли ж на сітці
є негативний заряд, то він, підштовхуючи
електрони, не дає їм пробитися до анода.
Сітка розташована дуже близько від катода,
значно ближче, ніж анод. Тому вона значно
сильніше впливав на рух електронів. Якщо
негативний заряд на сітці досить великий,
лампа «замикається» — перестає пропускати
струм, хоч би як був при цьому заряджений
анод. Та от «мінус» на сітці трохи
зменшився — через лампу від «плюса» джерела
напруги до анода починає текти слабкий струм.
Негативний заряд усе зменшується — анодний
струм зростає. Невеликі зміни сіткового
заряду викликають різкі зміни анодного струму.
Інакше кажучи, в лампі відбувається процес
підсилення електричних коливань.
19
2*

Керуюча сітка і анод тріода правлять наче
за пластини конденсатора. Цей конденсатор
іноді шкідливо впливає на роботу
радіоапаратури: адже через нього відкривається
непередбачений, побічний шлях для струмів високої
частоти. Чим більша ємність конденсатора,
тим менший опір чинить він високочастотному
струмові. Якщо анод з’єднати з сіткою, лампа
перестає нормально працювати. І от, щоб
знизити ємність проміжку анод — керуюча сітка,
між ними ввели ще одну сітку — екрануючу,
з’єднану по високій частоті з катодом
конденсатором великої ємності. Екрануюча сітка
«перехоплює» електричні поля сітки й анода,
закриває ці електроди один від одного, а
електрони вільно пролітають через неї на анод.
Отже, лампа продовжує нормально
працювати. Здавалося б, можна з’єднати екрануючу
сітку з катодом не через конденсатор, а
безпосередньо — провідником. Але так робити не
можна: «нульовий» потенціал екрана
перешкодить аноду притягувати електрони. Тому
на екрануючу сітку подають позитивну
напругу, нерідко майже таку саму, як і на
анод.
Ми познайомилися з чотириелектродною
лампою — тетродом. Але й тетрод має
недоліки. В ньому іноді виникає так званий
динатронний ефект по аноду. На аноді, крім
постійної напруги, є ще й коливальна. Вона
накладається на постійну позитивну напругу,
і в окремі моменти часу сумарна напруга на
аноді стає нижчою, ніж на екрануючій сітці.
Електрони, що їх розганяє екрануюча сітка,
проскакують крізь неї і, ударяючись об анод,
вибивають з нього «вторинні» електрони, які
захоплює екран: адже напруга на ньому вища!
В результаті анодний струм зменшується —
це і є динатронний ефект. Щоб боротися
з ним, довелося застосувати третю сітку —
захисну (ще її називають антидинатронною).
Захисна сітка розміщується між анодом
і екрануючою сіткою. Вона з'єднана з
катодом всередині лампи або зовні провідником,
тобто знаходиться під «нульовим»
потенціалом. «Вторинні» електрони, що їх вибивають
з анода, мають невелику швидкість і не
можуть подолати гальмівну дію захисної сітки.
Тому і в коло екрануючої сітки вони не
проникають — шлях перекритий, лишається
повернутися на анод.
Для того, щоб захисна сітка не
заважала основним — первинним — електронам, які
мчать від катода, її роблять порівняно
негустою. Швидкість первинних електронів
велика, тому вони легко проскакують крізь
захисну сітку й досягають анода.
Така п’ятиелектродна лампа називається
пентодом. Є електронні лампи і з більшим
числом електродів — гептоди, октоди. Вони
виконують складнішу роботу, наприклад
перетворюють частоту коливань. Є і комбіновані
лампи, що являють собою наче сім’ю ламп
(наприклад, два діоди і тріод) в одному
балоні. Є лампи-малятка розміром з горошину,
є й велетні — вони досягають людського зросту
і працюють у надпотужних передавачах,
«перевертаючи» сотні кіловат.
На надвисоких частотах
У діапазонах кілометрових, гектометрових
і декаметрових хвиль радіолампа практично
безінерційна: час, за який електрон,
вилетівши з катода, досягає сітки, нехтовно малий
порівняно з періодом коливань. На
ультрависоких частотах, на дециметрових і ще
коротших хвилях електрони надто мляві. Вилетів
електрон з катода в момент, коли напруга на
сітці була позитивна, але не встиг минути
й півшляху, як вона вже негативна і не
притягує, а навпаки, відштовхує назад, до катода.
На надвисоких частотах позначаються і
ємності між електродами лампи, і індуктивності
виводів від електродів до зовнішніх кіл. Вони
приєднуються до контура і знижують його
власну частоту: і схочеш настроїти контур,
скажімо, на хвилю довжиною ЗО см, та не
зможеш — надто великі для цього ємність та
індуктивність, внесені лампою. Спеціалісти
з електроніки розробили спеціальні
конструкції ламп. У такій лампі електроди плоскі
й розташовані паралельно один одному на
малій відстані. Тому шлях електрона, а
відповідно і час прольоту від катода до сітки дуже
зменшується. Завдяки спеціальним дисковим
виводам електродів такі лампи малоіндукцій-
ні. їх конструкція надзвичайно зручна для
спряження з коаксіальними резонаторами. Але
це, мабуть, майже все, на що вдатна
електронна лампа. І коли на дециметрових хвилях
її ще якось можна застосувати, то
сантиметрові для неї — майже нездоланний рубіж.
На допомогу прийшли інші, складніші
електронні прилади, які не тільки замінили
звичайну підсилювальну лампу в цьому діапазоні
хвиль, а в ряді випадків і значно
перевершили її за своїми властивостями. Ось,
наприклад, пролітний клістрон. Він складається
з вакуумного балона 1, електронної гармати 2,
20

яка об’єднує катод і фокусує електрод,
вхідного 5 і вихідного 4 тороїдальних резонаторів,
колектора 3. Резонатори і колектор по
постійному струму (безпосередньо, не через
конденсатор) заземлені. Між ними й незаземленим
катодом діє висока напруга Е. Електронний
промінь під впливом цієї напруги проходить
через резонатори (їх плоскопаралельні
частини виконано у вигляді сіток), і потім його
поглинає колектор.
Якби не було коливальної напруги на
вхідному резонаторі, то всі електрони, пройшовши
крізь цей резонатор, рухалися б з однаковою
швидкістю, бо їх прискорює одна й та сама
постійна напруга Е. Але на вхідний резонатор
подано підсилювані коливання, які додаються
до постійної напруги Е так, що результуюча
напруга весь час «пульсує» з надвисокою
частотою. Тепер той електрон, який проходить
крізь резонатор при вищій напрузі, набуває
більшої швидкості, а той, що за ним, летить
повільніше: напруга встигла знизитися. Отже,
відбувається свого роду сортування —
модуляція електронів за швидкістю. Одні
наздоганяють, інші відстають. В результаті замість
суцільного потоку електронів утворюється
ланцюжок електронних згустків. Резонатори
настроєні на частоту підсилюваних коливань,
тому утворення згустків відбувається саме
з цією частотою. Надходячи один за одним
у вихідний резонатор, згустки електронів
«розгойдують» його — віддають енергію
електромагнітному полю, збуджуючи потужні
коливання, які і знімаються з виходу клістрона.
Клістрон може працювати не тільки як
підсилювач, а й як генератор. Для цього в ньому
передбачають зворотний зв’язок — частину
енергії з виходу повертають на вхід. Таким
чином автоматично підтримуються коливання
без зовнішнього джерела.
Як потужні автогенератори найчастіше
використовують електронні прилади іншого
типу — багаторезонаторні магнетрони.
Магнетрон об’єднує в собі власне електронний
прилад з двома електродами (катодом і
анодом) і систему об’ємних резонаторів. Від
лампи і клістрона магнетрон відрізняється
більш тривалою взаємодією електронів з
електромагнітним полем. Перш ніж перейти до
принципу дії магнетронного генератора,
познайомимося з тим, як рухається електрон
під впливом електричних і магнітних сил.
Візьмемо для початку найпростіший
випадок — рух електрона в постійному
електричному полі. Згадайте лампу: під впливом
електричних сил електрон іде від катода до
анода найкоротшим шляхом — по прямій
лінії, причому швидкість його руху весь час
наростає. Тепер подивимось, що буде, коли
електрон, який рухається, покинувши
електричне поле, потрапить у постійне магнітне
поле. Тут на нього починає діяти сила,
перпендикулярна до напряму руху. За відомим
з фізики законом Лоренца ця сила пропор-
ціональна швидкості електрона й індукції
магнітного поля. Магнітна сила намагається
відхилити електрон. Це їй удається —
траєкторія електрона викривлюється, і він починає
описувати коло.
Отже, ми знаємо, як впливають на електрон
постійні електричне й магнітне поля, кожне
окремо. А як впливає водночас і те і те?
21

Помістимо діод з плоскопаралельними
електродами в магнітне поле. Електричні силові
лінії, як звичайно, спрямовані по
перпендикуляру від анода до катода, а магнітні —під
прямим кутом до площини рисунка («від
нас»). Такі електричне і магнітне поля
називають схрещеними.
У момент, коли електрон відділяється від
катода, його швидкість ще мала, близька до
нуля. Тому мала і магнітна сила, адже вона
пропорціональна швидкості. Отже, на самому
початку траєкторія електрона така, як коли б
він рухався під впливом самої лише
електричної сили. В міру розгону дедалі більше
дається взнаки магнітна сила, яка завертає
електрон, хоче загнати його на колову орбіту.
І от уже електрон летить у бік катода. Тепер
електрична сила не підштовхує його, як
спочатку, а гальмує, гасить швидкість. До катода
електрон наближається знесилений, з
нульовою швидкістю. Потім усе повторюється.
Траєкторія, яку описує електрон у
схрещених електричному й магнітному полях,
називається циклоїдою *. Радіус цієї циклоїди
залежить від співвідношення між
інтенсивністю електричного і магнітного полів. Чим
більша магнітна індукція, тим дужче при
незмінній інтенсивності електричного поля
скривлюється траєкторія електрона, тим
менший радіус кола, яке утворює циклоїду.
Проведемо такий дослід. Заберемо магнітне
поле — електрони підуть навпростець від
катода до анода. Потім подамо невеликий струм
в обмотку електромагніта. Слабке магнітне
поле трохи відхилить електронний потік убік.
Підсилимо в електромагніті струм — магнітна
індукція зросте, траєкторія електронів
викривиться ще більше. Та поки що електрони
досягають анода і через діод тече струм. Лише
коли індукція перевищить певну критичну
величину, анодний струм перерветься:
циклої* 	Крива, яку описує точка кола, що котиться без
ковзання по прямій з постійною поступальною
швидкістю.
да заверне до катода. Така сама картина
спостерігається і в діоді з циліндричними
електродами.
Подивимось далі, що відбуватиметься в
електричному полі надвисокої частоти. Об'єднаємо
в одне ціле анод і систему циліндричних
об'ємних резонаторів. Матимемо щось на
зразок кільцевого коридора. Одна стіна —
катод— суцільна. В другій зроблено вузькі
щілини, які ведуть у резонаторні камери. Так
побудований магнетрон. Створимо з
допомогою потужного електромагніта магнітне поле
з «надкритичною» індукцією. Рухаючись по
циклоїді вздовж коридора, електрони
збуджують у резонаторах коливання. На це
витрачається енергія. Якби не було затрат
енергії, електрон так і стрибав би, то
відштовхуючись від катода, то роблячи «м’яку
посадку» на його поверхню. Але вже під час
першого стрибка електрон віддає частину енергії,
одержаної від постійного електричного поля
при розгоні, полю змінному,
надвисокочастотному. Тому при гальмуванні електрон не
долітає до катода, втрачає швидкість не до
моменту «посадки», а раніше, на певній
висоті. Потім наступний стрибок — і знову
втрата ВИСОТИ. ПІСЛЯ КІЛЬКОХ стрибків 8Н6СИЛ6НИЙ
електрон опиняється на аноді.
Пролітаючи повз щілини і взаємодіючи
з надвисокочастотним полем, електрони
групуються, утворюючи наче спиці, які
обертаються навколо осі циліндричного катода.
Уздовж спиць, немов по містках, біжать
електрони, перетворюючи енергію постійного
електричного поля, яку виробляє джерело
живлення, в енергію коливань надвисокої частоти.
Один з резонаторів (однаково який, бо всі
22

резонатори спеціальними ланцюжками
зв’язані між собою) з’єднаний з навантаженням.
І ось уже потік електромагнітної енергії
прямує по хвилеводу в антену радіолокатора.
Іноді треба буває підсилити коливання,
спектр яких займає широку смугу частот,
скажімо 20—30% від значення середньої частоти.
Клістрони для цього не підходять —у них
застосовано тороїдальні резонатори з вузькою
резонансною кривою, настроєні на одну певну
частоту. Магнетрони взагалі не придатні — це
автогенератори, а не підсилювачі. Для
широкосмугового підсилення в асортименті
електронних приладів в ще один, підхожий, вид —
лампа біжучої хвилі. В ній електронний
потік і електромагнітна хвиля біжать разом,
як дві команди бігунів на змаганнях. Та ба!
Можливості «команд» не йдуть ні в яке
порівняння — на стадіоні такого звичайно не буває.
Електромагнітна хвиля у вільному просторі
поширюється із швидкістю світла — близько
300 000 км/с, а електрони під впливом кіло-
вольтної напруги рухаються в п’ятнадцять
разів повільніше. Але чи не можна зрівняти
шанси на перемогу? Хотілося б, щоб електрон
на всьому шляху свого руху міг передавати
енергію хвилі; для цього їх швидкості мають
бути приблизно однакові. Треба уповільнити
поширення електромагнітної хвилі з
допомогою спеціальних систем, що так і називаються
уповільнюючими.
Ось, наприклад, коаксіальна лінія,
внутрішній провідник якої скручений у спіраль.
Електрони летять найкоротпгам шляхом уздовж
осі лінії, а електромагнітна хвиля
поширюється по спіралі. Поступальна швидкість хвилі
зменшується при цьому у стільки разів, у
скільки довжина витка спіралі більша від її кроку
(відстані між сусідніми витками). Тепер уже
електрону легко наздогнати хвилю! За таким
принципом і побудовано лампу біжучої хвилі.
Вона складається з вакуумного балона І,
електронної гармати 2, анода 3, спіралі 6,
колектора 8у антенок 5 і 7, вхідного 4 і
вихідного 9 хвилеводів, електромагніта 10. Антенки
служать для введення й виведення
електромагнітних коливань. Електромагніт фокусує
електронний промінь, не дає електронам
розштовхувати один одного.
Чому такий електронний прилад назвали
лампою біжучої хвилі? Річ у тому, що при
правильному узгодженні хвилеводів із
спіральною уповільнюючою системою в ній
виникає біжуча хвиля — електромагнітна
енергія «біжить» в один бік, від входу до виходу,
не відбиваючись у зворотному напрямі. При
цьому, завдяки взаємодії з електронами,
енергія хвилі вростає, так що на виході вона
в тисячі разів більша, ніж на вході. Існує
кілька різновидів ламп біжучої хвилі. Усі вони
грунтуються на тривалій порівняно з періодом
коливання взаємодії між електронами і
електромагнітною хвилею. Якщо у звичайній
електронній лампі інерція електронів справляла
шкідливий вплив, то тут вона відіграє корисну
роль: адже уздовж коаксіальної лінії електрон
летить по інерції, наче супутник, виведений
на орбіту. Роль ракети відіграла напруга на
аноді; вона дала електрону розгін, потрібний
для того, щоб наздогнати хвилю.
Ми познайомилися з сім’єю електронних
приладів надвисокочастотного діапазону. Вони
можуть працювати на сантиметрових і навіть
міліметрових хвилях. Але ви пам’ятаєте девіз:
«усе вище, усе коротше»? Міліметрові
хвилі— не межа для сучасної радіоелектроніки.
Вона вторглася в галузь світлових коливань,
де не обійтися без квантових приладів
—лазерів.
«Наслідний принц» радіоелектроніки — лазер
Здавалося б, на віки з найдобірніших цеглин
зведено будівлю, і раптом у фундаменті —
тріщина. Заметушилися, засперечалися
будів23

ники. А ті, що тільки вчора захоплювалися
старанністю опорядження і досконалістю
архітектурних форм, сьогодні виявили безліч
дефектів і невідповідностей. Хоч руйнуй усе
дощенту й будуй заново!
Сталося таке у фізиці. Протягом багатьох
поколінь учені по зернятку збирали знання
про навколишній світ. Не було розумних
і точних приладів, які дозволяли б заглянути
углиб речовини. Не було електронних машин
для опрацювання та узагальнення
експериментальних даних. Не було багато чого з того,
що допомагає тепер розвивати науку. Праця
вчених була тяжка, копітка і, на жаль,
повільна.
Але настав час, коли далекі нащадки
будівників, що заклали перший камінь у «піраміду
Хеопса» науки — фізики, розпростали спини.
Піраміда височить, і вона прекрасна. Серед її
зодчих — Архімед (287—212 до н. е.) і Ісаак
Ньютон (1643—1727), Михайло Васильович
Ломоносов (1711—1765) і Джеймс-Клерк Макс-
велл (1831—1879). Класичну фізику
побудовано Цеглини лягли на свої місця, зв’язуючий
їх цемент затужавів, ніде найменшої шпарини,
жодного дефекту. Усе в світі — від гігантських
скупчень матерії, галактик, до
мікроскопічних порошинок — підкоряється зводу законів,
скріпленому печаткою найвищих наукових
авторитетів!
Але не віки і навіть не десятиріччя
вистояла піраміда. Ще не стихли радісні вигуки,
а вона вже дала глибоку тріщину. І одразу —
метушня. І розгубленість. І розмови про
«кризу» фізичної науки.
Це сталося на рубежі нашого і попереднього
століть.
У чому ж виявилась неспроможність
класичної фізики, які ураганні вітри захитали
«Хеопсову піраміду»?
Ось як уявляє собі класична фізика будову
атома. Навколо позитивно зарядженого ядра,
наче супутники, мчать по орбітах негативно
заряджені електрони. Цадіус орбіти приблизно
в 100 тисяч разів більший від радіуса ядра.
Та сама класична фізика говорить, що рух по
колу, навіть коли він відбувається з
постійною кутовою швидкістю, є рух прискорений.
Рух електричного заряду утворює струм. Коли
заряд рухається з прискоренням, струм
змінний. А змінний струм збуджує в
навколишньому просторі електромагнітні хвилі, віддає
їм свою енергію. Отже, негативно заряджений
електрон, обертаючись навколо ядра,
безперервно випромінює електромагнітні хвилі,
витрачає енергію. А коли тіло, рухаючись,
розтрачує запас своєї енергії, то швидкість
його поступово зменшується.
Уявімо собі, що станеться з штучним
супутником Землі, який увійшов у густі шари
атмосфери. Атмосфера гальмує супутник,
енергія його руху поступово переходить у тепло,
швидкість падає, висота — теж. Замість
колової або еліптичної траєкторії такий супутник
починає описувати в просторі спіраль і
нарешті падає на Землю. Те саме станеться
і з електроном. Розтративши енергію, він
нібито має впасти на позитивно заряджене
ядро.
Але досвід доводить, що атом — система
надзвичайно стійка. Електрони невтомно мчать
по своїх орбітах і зовсім не падають на ядра.
Глибока суперечність теорії з
експериментом свідчить про її помилковість. Звичайно,
помилковим може бути й дослід, проте в
даному разі він не викликає сумнівів.
Проведемо ще один експеримент.
Проникнемо всередину телевізійної трубки й
поставимо на шляху електронів, які летять до
люмінесцентного екрана, непроникну
перегородку. У перегородці, по сусідству, проріжемо
дві щілини. Затулимо одну з них. Пучок
електронів, проходячи крізь другу щілину,
утворює на екрані світну пляму. Потім
зату24

лимо другу щілину й відкриємо першу. Пляма
зміститься. А що буде, коли відкрити обидві
щілини? Спробуємо міркувати, виходячи з
принципів класичної фізики. Електрон —
частинка, що рухається по певній траєкторії.
Одні електрони потрапляють у першу щілину,
другі — в другу, наче кулі, випущені по
різних мішенях. Кожен летить своїм шляхом.
Отже, відкривши обидві щілини, ми повинні
мати на екрані просте накладання двох плям.
Та ба! На екрані утворюється типова
інтерференційна картина, яку можна спостерігати
при взаємодії, наприклад, світлових коливань:
пляма стає «смугастою», темні і світлі ділянки
чергуються. Так буває, коли хвилі, що йдуть
різними шляхами, фінішують не водночас
і залежно від різниці ходу підсилюють або
ослаблюють одна одну. Це — інтерференція.
Але вона властива хвилям, а електрон, згідно
з уявленнями класичної фізики,— частинка.
Частинка чи хвиля?
У 70-х роках минулого століття Максвелл
вивів свої знамениті рівняння, створив
струнку теорію електромагнітних процесів. За цією
теорією електромагнітна енергія може
поширюватись у вигляді хвиль. У 1888 р. Герц
експериментально виявив їх, а через сім років
О. С. Попов уперше здійснив їх практичне
застосування.
Саме Максвелл вніс у класичну фізику ту,
на жаль, уявну завершеність, яка була
подібна до затишшя перед бурею. Багато явищ
природи, що були предметом чвар серед
вчених, постали перед ними в новому,
переконливому світлі. Та й саме світло засяяло
по-новому. Прихильники корпускулярної теорії, що
трактувала світлове випромінювання як потік
частинок — корпускул, були посоромлені.
Перемогла хвильова теорія, яка віднесла світло
до електромагнітних хвиль.
Отут-то й вибухнула «ультрафіолетова
катастрофа». Так вчені назвали ще один
парадокс, який збентежив класичну фізику.
У фізиці існує поняття абсолютно чорного
тіла, що цілком поглинає випромінювання.
Строго кажучи, абсолютно чорних тіл у
природі не буває. Але за своїми оптичними
властивостями до них близькі сажа і платинова
чернь.
Можна самим виготовити «діючу модель»
абсолютно чорного тіла. Візьмемо порожнисту
кулю, пофарбовану всередині в чорний колір.
В кулі зробимо невеликий отвір. От і готова
пастка для світла. Світловий промінь,
проникнувши в отвір, починає борсатися, раз
у раз натрапляючи на внутрішню поверхню
і віддаючи їй частину своєї енергії. Багато
разів відбиваючись, промінь слабшає, меркне,
поки не буде поглинутий повністю.
Абсолютно чорне тіло й було причиною
«ультрафіолетової катастрофи». Ось що
сталося. Відомо, що при нагріванні тіла
починають випромінювати. Із збільшенням
температури у спектрі випромінювання переважають
дедалі коротші хвилі. Спочатку тіло
випромінює тільки інфрачервоні промені, потім
послідовно додається весь спектр видимого
світла, що переходить в ультрафіолетове
випромінювання.
Абсолютно чорне тіло, вбирач світлових
променів,— не виняток із загального правила.
При нагріванні воно теж випромінює.
Англійські вчені лорд Джон-Уїльям Релей (1842—
1919) і Джеме Хопвуд Джінс (1877—1946),
виходячи з уявлень класичної фізики, зробили
спробу знайти закони випромінювання
абсолютно чорного тіла. Виведена ними формула
добре узгоджувалася з результатами
експериментів, поки йшлося про інфрачервоне
випромінювання і видиме світло. Та як тільки
переходили до ультрафіолетового проміння,
формула, не зважаючи на закони природи,
уперто твердила, що енергія цих променів, які
випромінюються абсолютно чорним тілом,
дорівнює... нескінченності.
Пробували знайти помилку у виведенні
формули — не знайшли. Усе перевірили, усе
бездоганне, а виходить нісенітниця. Половину
шляху розрахована й експериментальна криві
йдуть разом, а потім, наче посварившись,
розходяться. Одна — експериментальна — йде вниз,
до нуля, друга — розрахована — нестримно
прямує вгору, в нескінченність.
Вихід з тупика знайшов німецький фізик
Макс-Карл-Ернст-Людвіг Планк (1858—1947).
Він припустив, що атоми випромінюють і
поглинають енергію окремими порціями —
квантами. При цьому можлива тільки
стрибкоподібна зміна енергії атома від одного цілком
певного значення до іншого. На відміну від
формули Релея і Джінса рівняння, виведене
Планком, дало блискучий збіг з
експериментом в усьому спектрі випромінювання
абсолютно чорного тіла. Так наука справилася
з «ультрафіолетовою катастрофою», і на
рубежі віків виникла квантова механіка, що стала
основою сучасної фізичної науки й
теоретичним плацдармом радіоелектроніки.
Стара класична фізика, по суті, не робила
різниці між електроном і супутником Землі. Для
25

неї обидва вони — обертові тіла певної маси.
Кожне рухається по своїй траєкторії:
електрон — навколо атомного ядра, супутник —
навколо Землі. Квантова ж механіка твердить,
що для мікрочастинки — електрона, на
відміну від супутника, неможливо вказати якусь
траєкторію. Взамін пропонується поняття
оболонки, у межах якої присутність електрона
найбільш імовірна. Залежно від числа
електронів та їх енергетичних запасів атом має
одну або кілька концентричних оболонок.
Оболонки, подібно до шарів атмосфери,
розташовуються одна над одною на різних рівнях,
оточуючи атомне ядро. Електрони, що
знаходяться на суміжних оболонках, мають
неоднакову енергію. Інакше кажучи, їх енергетичні
рівні різні. Різниця між рівнями і становить
енергію кванта.
Всупереч поглядам класичної фізики, атом,
електрони якого обертаються навколо ядра,
залишаючись в межах своїх оболонок, не
випромінює. Випромінювання виникає тільки
тоді, коли якийсь електрон з далекої
оболонки перебирається на оболонку, розташовану
ближче до ядра. Опинившись на оболонці
з нижчим енергетичним рівнем, електрон
скидає надлишок енергії у вигляді кванта.
Зворотний перехід — з близької оболонки на
далеку — супроводиться поглинанням такої ж
кількості енергії.
Електрон, будучи елементарною частинкою
речовини, в той же час мав і хвильові
властивості. Вони пояснюють, зокрема, поведінку
електронного променя в описаному вище
досліді з телевізійною трубкою. Двоїста природа
і електромагнітного випромінювання: з одного
боку — це хвилі, з другого — потік частинок —
квантів. Квант електромагнітного
випромінювання — фотон — частинка вельми своєрідна:
у спокої вона не існує і властивостей
частинки набуває тільки при рухові з швидкістю
світла.
І знову те саме питання, але тепер воно
стосується обох — дивної частинки і не менш
дивної хвилі, променя, що складається з
електронів, і променя з фотонів: що це —
частинки чи хвилі?
Академік Сергій Іванович Вавілов (1891—
1951) писав, що матерія, тобто речовина і
світло, має одночасно властивості хвиль і частинок,
але в цілому це не хвилі і не частинки, і не
суміш того й того.
Для класичної фізики така двоїстість
незбагненна. Поняття хвиля і частинка, успадковані
від класичної фізики, виявились
неспроможними вмістити багатющий зміст квантової
теорії. Не подумайте тільки, що класична
фізика йде в минуле, що її закони взагалі
помилкові або неточні, що від «піраміди
Хеопса» залишились самі руїни. Зовсім ні І
У своїй сфері вона, як і раніш, непохитна.
Рух світил, розмірене коливання маятника,
гуркіт реактивних двигунів — усе це
макроскопічні явища, підвладні класичній фізиці.
Можна з певністю сказати, що й онуки наших
онуків, і правнуки наших правнуків учити-
муть закон Ньютона. Неспроможність
класичної фізики проявляється лише у сфері
мікроскопічних явищ, таких, як рух протонів
у циклотроні або лавиноподібне розмноження
фотонів у квантовому генераторі — лазері. Але
саме ці явища становлять найбільший інтерес
для сучасної науки і техніки.
Квантова теорія вивчає закони руху
частинок розміром від 10-7 до 10“13 см. її
об’єкти — молекули, атоми, атомні ядра та
елементарні частинки.
Ми вже згадували про хвильові властивості
частинок речовини. Французький фізик Луї
де Бройль (нар. 1892 р.), який одержав
Нобелівську премію за видатні заслуги в
розвитку квантової механіки, висунув гіпотезу, що
кожне тіло має двійника — хвилю. Рух цієї
хвилі відбиває характер руху самого тіла.
Де Бройль вивів формулу для довжини хвилі,
зв'язаної з частинкою речовини, яка
рухається. Він знайшов, що хвиля тим коротша, чим
більша маса частинки та її швидкість.
Звичайні макроскопічні об’єкти мають більшу
масу, але їх швидкість мізерна порівняно із
швидкістю світла. Тому вони і не проявляють
хвильових властивостей.
Квантова теорія далека від досконалості.
Коли обмежитись атомами та молекулами
з порівняно невеликими швидкостями й
енергіями, то все буде гаразд. У цій сфері
квантова теорія така ж непохитна, як класична
фізика у сфері макроскопічних явищ. Але
досить тільки перейти до мікрочастинок, що
рухаються із швидкостями, близькими до
швидкості світла, і виявиться незавершеність
квантової теорії, випливуть нові парадокси.
На початку 30-х років англійський фізик
Поль-Адрієн-Моріс Дірак (нар. 1902 р.)
передбачив існування антиелектронів — частинок,
в усьому подібних до електрона, але таких,
що мають позитивний заряд. Невдовзі
позитрон (так назвали передбачену Діраком
античастинку) був виявлений на досліді.
Виявилося, що при взаємодії речовини і
антире26

човини відбувається анігіляція (зникання)
частинок; вони повністю перетворюються у
випромінювання.
У 1956 р. фізиків чекало нове випробування.
До того часу думали, що картину кожного
фізичного процесу можна замінити її
дзеркальним відображенням. Поняття «ліве» і «праве»
вважали чисто умовними. І раптом
дзеркальна ідилія зруйнована. Знайшлися фізичні
процеси, для яких дзеркало виявилося кривим.
Академік Лев Давидович Ландау (1908—
1968) припустив, що коли при дзеркальному
відображенні замінити речовину на
антиречовину, то викривлення зникнуть, картина
процесу відновиться в усіх деталях. Ця
гіпотеза була прийнята. Але в 1964 р. надійшли
нові дані, які поставили її справедливість під
сумнів.
За словами лауреата Нобелівської премії
академіка Ігоря Євгеновича Тамма (нар. 1895 р.),
фізика — напередодні важливих змін.
Останнім часом, вважає І. Є. Тамм, у фізиків
складається думка, що вони стоять напередодні
нової революції, яка приведе до не менш
серйозного перегляду наших уявлень і понять,
ніж той, що його півстоліття тому викликали
теорія відносності і квантова теорія.
Оскільки основа радіоелектроніки — фізика,
всяка революція у фізиці, очевидно,
позначиться й на радіоелектроніці, принесе нові
рішення, нові перспективи!
Ще Максвелл твердив, що світло, як і
електромагнітні хвилі взагалі, падаючи на тіла,
має робити тиск на їх поверхню. Але довести
на досліді, що світловий тиск існує, довго
нікому не вдавалося. І недивно — адже за
розрахунками Максвелла на 1 см2 земної поверхні
сонячне світло тисне з силою лише в кілька
десятих міліграма. Тому навіть сам Максвелл
сумнівався в тому, що світловий тиск можна
виявити й виміряти.
Це надзвичайно складне завдання розв’язав
російський вчений Петро Миколайович Лебе-
дєв (1866—1912). Увагу Лебедєва привернули
«хвостаті зірки» — комети. Хвости комет, які
нагонили жах на забобонних людей, є не що
інше, як скупчення розпорошеної речовини.
Було помічено, що, коли комета пролітає
поблизу Сонця, вона «ховає хвіст», наче боячись
обпалити його. Кометний хвіст звичайно
спрямований у бік, протилежний Сонцю.
Але, згідно з законом всесвітнього тяжіння,
речовину, з якої складається хвіст комети,
Сонце, навпаки, має притягати. Чому ж ми
цього не спостерігаємо? П. М. Лебедєв пояснив
загадкову поведінку кометних хвостів тиском
сонячного світла. Проте це тільки здогад.
Потрібні були більш вагомі докази. І вченому
вдалося знайти їх.
Прилад, з допомогою якого П. М. Лебедєв
виявив і виміряв тиск світла, являв собою
стерженець з легкими крильцями, підвішений
на тонісінькій кварцовій нитці. До нитки було
прикріплене також маленьке дзеркальце, що
відкидало світловий зайчик на спеціальну
шкалу. Коли на одне з крилець діяла якась
сила, стерженець повертався, закручуючи
нитку доти, доки сила її пружності не
врівноважувала силу, що тиснула на крильце. Чим
більшою була сила, прикладена до крильця,
тим помітніше повертався стерженець, і тим
більшу відстань пробігав по шкалі світловий
зайчик, що правив за своєрідну «стрілку».
Прикладаючи до крильця різні наперед відомі
сили і позначаючи поділки шкали, на які
падав зайчик, можна було проградуювати
прилад.
Коли П. М. Лебедєв спрямував на крильце
промінь світла, нитка так само закрутилась,
і зайчик перемістився по шкалі. Здавалося б,
усе гаразд. Світловий тиск існує, величину
його виміряно. Але вченого чекав неприємний
сюрприз: крильце відхиляється не так, як це
мало бути за розрахунками Максвелла.
Виявилося, що світловий промінь не тільки
тиснув на крильце, а й нагрівав його.
Крильце в свою чергу передавало тепло
навколишньому повітрю, і повітряні струмені, які
виникали при цьому, порушували рівновагу
приладу. Щоб позбутися шкідливого впливу
повітряних потоків, П. М. Лебедєв відкачав
повітря з посудини, в якій був прилад.
Немало й інших перешкод довелось усунути
вченому, перш ніж дослід нарешті вдався.
Розрахунки Максвелла підтвердилися.
У 1925—1926 рр. в журналі «Красная Новь»
з’явився роман О. М. Толстого «Гіперболоїд
інженера Гаріна». В одній із записних книжок
письменника, що належить до початку 20-х
років, є нотатки: «Концентрація світла...
Промінь — волосок... Буріння скель. Буріння
землі... Володарювання над світом». Ці начерки
лягли в основу роману.
В романі є такі рядки:
«Зоя подзвонила. Увійшов лакей. Вона
наказала, і він приніс невеликий сосновий ящик,
у ньому лежав кусок сталевої штаби
завтовшки з півдюйма. Зоя вийняла його й піднесла
до світла каміна. У товщі сталі були прорізані
наскрізь якимсь тонким знаряддям смужки,
27

закрутки і навскоси, наче пером-скорописом,
було написано: «Проба сил... проба... Гарін».
Слово «гіпербола» означав перебільшення.
Але все, що сказано в цьому уривку про дію
гіперболоїда, цілком реальне. Подібні
«гіперболоїди» вже під силу науці. Але працюють
вони зовсім не так, як описано в романі.
За словами Гаріна, героя цього роману,
схема гіперболоїда така:
«...Промені, збираючись у фокусі дзеркала,
падають на поверхню гіперболоїда і
відбиваються від нього математично паралельно,—
інакше кажучи, гіперболоїд концентрує всі
промені в один промінь, або в «променевий
шнур» якої завгодно товщини». Насправді,
проте, одержати «променевий шнур»
звичайними оптичними методами не вдається.
Рішення було знайдене недавно, коли з’явились
джерела так званого когерентного світлового
випромінювання. Звичайне світло являє собою
хаотичну сукупність безлічі коливань з
різними частотами, які безладно взаємодіють
одне з одним. Когерентне ж світло подібне до
коливань у радіотехніці: воно монохроматичне
або в реальних умовах майже
монохроматичне — переважають коливання однієї частоти,
які відбуваються синхронно, у такт одне
з одним.
Когерентне світлове випромінювання
створюють квантові генератори оптичного
діапазону — лазери. Слово «лазер» утворене першими
літерами англійського словосполучення, яке
в перекладі означає: «підсилення радіохвиль
світлового діапазону шляхом індукованого
випромінювання». Індуковане
випромінювання — процес, протилежний поглинанню
електромагнітних хвиль або фотонів атомами.
Поглинувши фотон, атом переходить у збуджений
стан. Через деякий час він може самочинно
випустити фотон і повернутись у звичайний
стан. Але це може статись і в результаті
зустрічі з зовнішнім фотоном.
Збуджений атом розпирає від надлишку
енергії. А до нього мчить фотон, що виник
при спалаху якогось іншого атома. При
зіткненні атом позбавляється «зайвої» енергії.
Народився новий фотон. Далі вони летять
разом, причому новонароджений в усьому
наслідує свого старшого брата — їх коливання
когерентні.
Коли кожний з цих двох фотонів зустрічає
на шляху ще по одному збудженому атому,
число фотонів подвоюється, з’являються
четверо близнят, потім вісім, шістнадцять...
Справжня ланцюгова реакція: фотони мчать
лавиною, але ця лавина, на відміну від
звичайного світлового променя, не розтікається, не
розсіюється у просторі. Адже всі коливання
відбуваються строго узгоджено і
поширюються в одному напрямі. В результаті
електромагнітна хвиля в міру поширення в такому
активному середовищі, багатому на збуджені
атоми, весь час підсилюється. Тонісінька
світлова нитка набуває величезної енергії.
Активним середовищем у лазерах може бути,
наприклад, кристал рубіна. Його кристалічні
гратки містять у вигляді домішки атоми
хрому. Концентрація їх мізерна — приблизно
п’ять сотих процента. Але саме ця мізерна
домішка «активізує» кристал: атоми хрому
легко піддаються збудженню.
Розглянемо тепер, як побудований
найпростіший лазер на рубіні. Найважливіша частина
такого квантового генератора — циліндричний
рубіновий, старанно відполірований
стерженець, торці якого посріблені.
Для того, щоб збудити атоми хрому,
стерженець треба опромінити звичайним, але дуже
яскравим світлом. Такий процес називають
підсвічуванням. Підсвічування здійснюють з
допомогою спіральної газонаповненої трубки,
що нагадує фотографічну лампу-спалах. На
електроди трубки подають напругу від 2000
до 6000 В, причому спалах триває лише кілька
тисячних секунди. Рубіновий стерженець
поміщають всередину спіралі. Тепер натиснемо
кнопку. Трубка дає спалах, з прозорого
віконця на торці рубінового стерженця
вихоплюється яскравий червоний промінь — прилад діє.
Які ж процеси відбуваються при цьому
в кристалічних гратках рубіна?
У момент підсвічування той чи інший із
збуджених атомів хрому самочинно
випромінює фотон — імовірність цього дуже велика,
оскільки у збудженому стані знаходиться
безліч атомів. Але виниклий фотон може
виявитися пустоцвітом, якщо летить не вздовж
осі рубінового стержня, а впоперек або під
кутом. Цей фотон і всі його молодші брати,
прихоплені по дорозі, попросту вилетять
назовні через бокову поверхню стержня.
Але якийсь із самочинно виниклих фотонів-
первістків випадково піде вздовж осі
стерженця. Разом з супутниками, що приєдналися
в дорозі, такий фотон наштовхнеться нарешті
на одне із срібних дзеркалець, що
прикривають торці рубінового стерженця, і відіб’ється
назад. Наштовхнеться на друге дзеркальце —
знову поверне назад. А фотонів дедалі більше,
промінь дедалі потужніший. Так народжуєть-
28

д^іпульсна лампа
Ру&інобсій стержень
Скляна
т^удка
Зихгдниїї
77ууО\
 ї Ьяп*&»й#йг 1|р ■ ■ охмоужуазУ
* Джерело живлемя. ^
ся лавина квантів світла, яка наростає, поки
не вирветься у простір через віконце в торці.
Фотони рухаються із швидкістю близько
300 тис. км/с, тому процес, про який ми щойно
говорили, майже миттєвий. Він триває десяти-
тисячні частки секунди.
Лазери на рубіні можуть працювати тільки
в імпульсному режимі — короткими спалаха-
ми-пострілами. Є лазери, які працюють на
газі, наприклад на суміші гелію і неону.
В таких лазерах удається одержати
безперервне інфрачервоне випромінювання.
У 1964 р. група радянських учених на чолі
з академіком Б. М. Вулом була удостоєна
Ленінської премії за створення
напівпровідникових квантових генераторів. У
напівпровідникових лазерах здійснюється
безпосередній перехід електричної енергії у світлову,
причому коефіцієнт корисної дії близький до
100%. Розміри напівпровідникового лазера
можуть бути дуже невеликі — лише кілька
мікрометрів. Світловий промінь пробігає
такий шлях за 10—12—10—13 секунди. Отже,
напівпровідникові квантові генератори зможуть
працювати надкороткими імпульсами. А це
дає реальні надії на створення
обчислювальних пристроїв з колосальною швидкодією.
У романі О. М. Толстого гіперболоїд —
знаряддя вбивства і руйнування. Сучасний
«гіперболоїд» — лазер — теж можна вжити на
шкоду людям. Але ж і звичайним сірником
неважко підпалити будинок! Ми поговоримо
про мирне використання цього відкриття.
Засіб космічного зв’язку? Не тільки. Ось
простий приклад не з майбутнього — з
сучасного. Людина тяжко хвора. У глибині її ока
пухлина. Звичайне хірургічне втручання
призведе до втрати зору. Як бути? Виручив лазер.
Промінь сфокусували на пухлину і
випалили її.
Наш гіперболоїд потрібний людям. Прийде
час — і чудесний промінь замінить різець
у верстатах, пилку на лісорозробках.
Вважають, що з допомогою лазерів буде розв’язана
проблема керованої термоядерної реакції.
Потужний квантовий генератор уже дав змогу
вченим одержати плазму з температурою
в сотні тисяч градусів. А десь далеко, не
в нашому віці, маячать невиразні контури
фотонної ракети — міжзоряного корабля з близь-
косвітловою швидкістю.
Як уявляють собі вчені фотонний зореліт
майбутнього?
У фокусі параболічного дзеркала з надтуго-
плавких матеріалів є пристрій, що перетворює
атомну енергію у світлову. Колосальної сили
світловий потік створює реактивну силу, яка
приводить зореліт у рух. Створення такого
зорельота — грандіозне наукове завдання,
розв’язувати яке доведеться нашим нащадкам.
МОГУТНІЙ НАПІВПРОВІДНИК
Наступ по всьому фронту
Ми зустрічаємося в техніці з двома видами
твердих тіл — провідниками й ізоляторами.
Провідники добре проводять струм, ізолятори
практично не пропускають його.
До провідників, наприклад, належать
метали. Ми вже знаємо, що в них багато вільних
електронів, тому металеві тіла й мають
велику електропровідність. В ізоляторах (скло,
фарфор, пластмаси і т. д.) вільних електронів
дуже мало, майже зовсім немав. Блектрони
міцно зв’язані з атомами. Ось чому ізолятори
чинять електричному струмові величезний
опір.
Проміжне становище між цими двома
групами займає безліч речовин, які не можна
віднести ні до провідників, ні до ізоляторів.
Звичайно вони проводять електричний струм
дуже погано, але іноді 8 ними відбувається
загадкове перетворення — їх електропровід-
29

ність різко зростав. Ці речовини назвали
напівпровідниками. До них належать хімічні
елементи: германій, кремній, селен, телур,
фосфор, бор та інші, а також різні окисли
й мінерали. Електротехніки не звертали на
них уваги. Думали: яка користь від
напівпровідника, коли з нього не зробиш ні проводу,
ні ролика-ізолятора? І напівпровідники довго
вважались непотрібними для техніки.
У наші дні напівпровідники потрібні в
радіотехніці, електротехніці й електроніці.
Загадкові властивості напівпровідникових
речовин вивчено й пояснено. На основі цих
властивостей побудовано тисячі дотепних
приладів, які зробили справжній переворот у науці
й техніці. Познайомимося з деякими такими
приладами, але спочатку розберемося в тому,
що являв собою «провідник наполовину».
У напівпровідниках, як і в ізоляторах,
електрони зв’язані з атомами. Тільки зв’язок цей
дуже неміцний. При нагріванні, освітленні та
в деяких інших випадках він розривається,
і електрони опиняються на волі. А як тільки
з’являються вільні електрони,
електропровідність, звичайно невелика, різко зростає. Це
явище використовують у термісторах і фото-
резисторах.
Термістор дає змогу створити
напівпровідниковий термометр. Якщо приєднати
шматочок напівпровідника до електричної батареї,
то в такому колі тектиме слабкий струм. При
нагріванні струм починає зростати — адже
електропровідність напівпровідника з
підвищенням температури теж підвищується. Якщо
увімкнути в коло чутливий
електровимірювальний прилад, то його стрілка відхилиться
тим більше, чим вища температура
напівпровідника. Отже, відхилення стрілки показує
ступінь нагрівання.
Зовні термістори бувають різні. Одні з них
роблять у вигляді крихітних скляних
трубочок, з яких стирчать дротяні кінчики, другі
схожі на намистинки, треті —на мініатюрні
пластинки. Агрономи користуються
термісторами, схожими на кинджал. Такий невеличкий
прилад втикають у грунт, щоб довідатися про
його температуру. Спеціальний медичний
термістор нагадує добре заструганий олівець. На
гострому кінчику «олівця» —
напівпровідникова кулька, вкрита тонюсінькою скляною
«бронею». Діаметр кульки становить десяті, а іноді
й соті частки міліметра. Досить притулити
такий олівець до тіла — і ввімкнутий до
кульки електровимірювальний прилад зразу
покаже температуру. Кульку тому й роблять таку
крихітну, щоб вона буквально вмить
нагрівалася й остигала.
З допомогою термісторів можна виміряти
температуру на відстані. В одному місці
поміщають термістор, в іншому —
електровимірювальний прилад і батарею, а між ними —
проводку. Так можна здійснювати
протипожежний контроль. Коли температура в якомусь
приміщенні перевищить певну межу, на
центральному пункті лунає тривожний сигнал.
А як виміряти температуру... ну, скажімо,
Сонця? Туди ж не протягнеш проводів. І все ж
виміряти температуру Сонця можна. Зробити
це допомагає сонячне світло.
Хто з нас не милувався красивою барвистою
райдугою, що з’являється інколи на небі після
дощу? Секрет райдуги розкрив ще в XVII ст.
чеський вчений Марці, зробивши такий дослід.
До темної кімнати крізь невеликий отвір
проникав вузький сонячний промінь. Він падав
на одну із стін, утворюючи на ній світловий
зайчик. Марці помістив на шляху променя
скляну призму — кусок скла з трьома
гранями. І раптом на стіні замість зайчика
з’явилась штучна райдуга — багатоколірна смуга,
в якій червона смужка змінювалась
оранжевою, за нею йшла жовта, потім зелена, голуба,
синя й фіолетова. Райдуга — це ті самі світлові
промені, що пройшли крізь призму, тільки
роль призми тут відіграють дощові краплини.
Великий англійський вчений Ісаак Ньютон
знайшов, що коли на шляху світлового
променя поставити дві призми, одну вниз ребром,
ДРУГУ — догори, то райдужна смуга знову
перетвориться на звичайний сонячний зайчик.
Стало ясно, що білі сонячні промені
складаються з ряду кольорових. Сукупність цих
променів, які утворюють райдужну смугу,
Ньютон назвав спектром. Тепер ми знаємо, що
промені різного кольору являють собою
електромагнітні хвилі різної довжини. Хвилі
завдовжки 0,7 мкм — це промені червоного
кольору; 0,6 мкм — жовтого; 0,5 мкм — зеленого;
0,4 мкм — фіолетового. Виявилося, що
залежно від температури світного тіла характер
спектра дещо змінювався. Коли джерело
світла мало температуру, наприклад, 1000° С,
червоні промені несли найбільше енергії. Тіло,
нагріте до 2000° С, сильніше випромінювало
промені жовтого кольору, а коли температура
досягала 3000° С, у спектрі переважали голубі
промені.
А як довідатися, які саме промені несуть
у собі найбільшу кількість енергії? Отут-то
й подав неоціненну допомогу мініатюрний
30

термістор. Його переміщували по спектру,
і прилад показував різну температуру. Після
ряду дослідів учені встановили
закономірність, з якою змінюється енергія променів
у спектрі, і навчились користуватися спектром
як своєрідною термометричною шкалою.
Тепер уже легко можна було «дослідити»
термістором спектр сонячного світла.
Порівнюючи його із спектром тіл, нагрітих до
різних температур, визначили температуру
поверхні Сонця. Як виявилося, вона дорівнює
6000° с.
Відомо, що найбільше променистої енергії
поглинають предмети, пофарбовані в чорний
колір. Ось чому влітку краще носити білий
одяг — у ньому прохолодніше. Учені «вбрали»
термістор у чорний одяг і помістили у
скляний балон, з якого потім відкачали повітря.
Чорний колір жадібно поглинає промені, при
цьому їх енергія перетворюється в тепло
і термістор нагрівається. Коливання
температури навколишнього повітря передавались
термісторові дуже повільно: вакуум погано
проводить тепло. Зате до променистої енергії
такий прилад (його назвали болометром)
надзвичайно чутливий.
Якщо помістити болометр у фокус
металевого рефлектора, то вийде прилад, який
реагує на зовсім слабкі випромінювання. Такий
прилад виявляє запалений на відстані в
кілька кілометрів сірник. Відзивається він і на
невидимі інфрачервоні промені, що їх
випромінюють усі нагріті тіла. Летить, скажімо,
літак. Його й не побачиш — така висота. Але
досить спрямувати на літак рефлектор —
і чутливий болометр одразу ж уловить крихту
променистої енергії, яку випромінює
працюючий двигун. На цьому принципі побудовані
прилади, які дають змогу не тільки виявити
літак на висоті до 8 км, а й установити,
скільки в нього двигунів. Болометри застосовують
також для сигналізації та локації
інфрачервоними променями і т. п.
Температура тіла часто буває у прямій
залежності від параметрів інших фізичних явищ.
Наприклад, якщо нагріте тіло помістити в
потік рідини або газу, то охолодження, а
значить, і температура залежатимуть від
швидкості потоку. Тому термістори відкривають
великі можливості для різноманітних посередніх
вимірів. їх використовують для вимірювання
швидкостей потоків рідини і газів,
електричного струму, потужності потоку
електромагнітної енергії та багатьох інших величин.
Якщо змінювати струм у напівпровіднику,
то змінюватиметься і його опір. Це явище
лежить в основі дії варисторів — елементів
з мінливим опором. Варистори застосовують
в електричних пристроях для автоматичного
виконання деяких математичних операцій,
а також у регуляторах і стабілізаторах
електричного струму або напруги та ін.
Якщо на звільнення електрона з атома
витрачається енергія, то, повертаючись, електрон
віддає одержану надлишкову енергію у
вигляді теплового або електромагнітного
випромінювання. У деяких напівпровідниках
повернення електронів до атомів супроводиться
випромінюванням світлових хвиль, відбувається
свічення кристала. В арсеніді галію,
наприклад, буває сильне інфрачервоне
випромінювання, можливе й випромінювання в
діапазонах видимого світла.
Одним із перших вчених, які досліджували
свічення кристалів, був О. В. Лосєв (про
винайдення ним кристадину вже говорилося
вище).
Із свіченням напівпровідників ми
зустрічаємося щодня. Адже люмінофори, кристалічні
речовини, які світяться від дії на них потоку
електронів або ультрафіолетових променів,—
це теж напівпровідники. Вони працюють на
нас у люмінесцентних лампах, у кінескопах
телевізорів, в електронних мікроскопах та
осцилографах і в багатьох інших приладах.
Учені сподіваються також створити плоский
напівпровідниковий прилад, щоб мати
яскраве телевізійне зображення без скляного
балона.
А тепер познайомимося з «електричним
оком» — вакуумним фотоелементом і з фото-
резистором. Вакуумний фотоелемент нагадує
звичайний діод. Це скляний балончик з двома
металевими електродами, один з яких у
найпростішому випадку являє собою невелику
пластинку, а другий — сітку. Якщо замкнути
зовні електроди провідником, у коло якого
ввімкнуті батарея і чутливий
електровимірювальний прилад, то, коли освітити
фотоелемент, стрілка приладу відхилиться. Отже, через
вакуум почав текти струм. Але ж у
фотоелементі немає розжареного катода, який би
випромінював потік електронів! Чим же
пояснюється виникнення струму? Причина цього
явища — енергія світлових променів, які,
падаючи на холодний катод фотоелемента
(пластинку, з’єднану з негативним полюсом
батареї), вибивають з його поверхні електрони.
Саме вони й утворюють струм, який
примушує відхилитися стрілку приладу.
Фотоеле31

мент мнттю відзивається на найшвидші
коливання освітленості. Він, як і електронна
лампа, майже безінерційний. Однак чутливість
фотоелемента залишає бажати кращого. До
нього доводиться додавати підсилювачі з
великим коефіцієнтом підсилення.
А тим часом фотоелемент має двійника, що
поступається перед ним швидкістю реакції,
зате незрівнянно чутливіший. Це
напівпровідниковий фоторезистор.
У 1872 р. англійський фізик Сміт,
досліджуючи матеріали з великим опором
електричному струмові, виявив, що
електропровідність напівпровідникової речовини селену
при освітленні різко вростає. Так з’явилися
перші фоторезистори. Але вони працювали
зовсім нестало, на них дуже впливали
коливання температури. Недивно, що до недавнього
часу фоторезистори не знаходили широкого
застосування, тоді як вакуумні фотоелементи
завоювали велику популярність. І тільки
протягом останніх півтора десятиліть фоторези-
сторам удалося взяти реванш. Було створено
нові напівпровідникові матеріали, які дали
змогу позбутися недоліків, властивих старим
типам фоторезисторів, зберігши при цьому всі
їх переваги. Сучасні фоторезистори добре
протистоять коливанням температури,
відзначаються мініатюрними розмірами (в одному
випадку, наприклад, фоторезистор помістили
прямо на стрілку електровимірювального
приладу), простотою виготовлення, надзвичайною
надійністю і високою механічною міцністю.
Електропровідність сучасних фоторезисторів
при освітленні зростав в десятки й сотні
тисяч разів. Вони приходять на зміну
фотоелементам у багатьох автоматичних пристроях.
У друкарні «Печатный двор» ім. Горького
(Ленінград) фоторезистори стежать за
роботою друкарських машин. Паперова стрічка,
надходячи в машину, заступає їм світло, але
досить стрічці порватись, як один з
фоторезисторів освітиться і негайно дасть дорогу
струмові. Струм пройде крізь обмотку
електромагніта, електромагніт спрацює і зупинить
машину. Фоторезистори стежать також за тим, щоб
до друкарської машини не потрапили разом
два аркуші паперу і щоб вона не працювала
вхолосту. Крізь паперовий аркуш «на
просвіт» проходить промінь. Якщо в машині
опиняться два злиплих аркуші, кількість
світла, що падає на фоторезистор, зменшиться,
а коли туди не попав жоден — різко зросте.
Прилад відрегульовано так, що в обох
випадках машина автоматично зупиняється.
На Московському автозаводі фоторезистори
контролюють якість кулькових підшипників,
на Ленінградській тютюновій фабриці — лічать
цигарки й регулюють рівень тютюну.
Ви приїхали в аеропорт і підходите до
широких скляних дверей. Обидві руки у вас
зайняті чемоданами. Ось ви збираєтесь
поставити чемодани, щоб відчинити двері, але
вони раптом широко розчиняються самі.
Підходячи, ви заступили пучок світла, що падає
на фоторезистор, змінився струм у ньому —
і спрацював автоматичний пристрій.
Необережний робітник сунув руку в
небезпечний простір під пресом, зараз станеться
непоправне лихо... Та раптом потужна
машина зупиняється. Спрацював автомат, керований
фоторезистором.
Галузь застосування напівпровідникових
фоторезисторів надзвичайно широка. Вони
можуть уловлювати й інфрачервоне, і
ультрафіолетове, і рентгенівське проміння, і
радіоактивне випромінювання.
Певна річ, не можна твердити, що роль
вакуумного фотоелемента вже зіграна, що він
•доживає останні дні. За фотоелементом усе
ще зберігається першість в усіх тих приладах,
де треба устежити за надзвичайно швидкими
змінами освітленості. Вони ще
застосовуються, наприклад, в апаратурі звукового кіно.
Фотоелемент і фоторезистор доповнюють один
одного, невпинно удосконалюючись,
знаходячи все нові галузі застосування.
Коли провід, яким тече струм, знаходиться
в магнітному полі, то на нього діє механічна
сила. На основі цього явища будують
електродвигуни й електричні вимірювальні
прилади. Взаємодія струму і магнітного поля
проявляється і в напівпровіднику. Потік
електронів під дією магнітного поля зсувається в один
бік, притискується до однієї з бокових граней
напівпровідника. Біля однієї грані буде
більше електронів, ніж біля другої. В результаті
між гранями виникає електрорушійна сила,
пропорціональна струмові й напрузі
магнітного поля — це так званий ефект Холла.
Оскільки струм проходить не через весь
переріз напівпровідника, оскільки електрони
змушені протискуватись у вужчому просторі,
опір кола струму збільшується пропорціональ-
но магнітному полю. Це — магніторезистивний
ефект. Обидва ефекти належать до групи галь-
вано-магнітних явищ, яка об’єднує явища
залежності властивостей електричного кола від
магнітного поля.
На основі гальвано-магнітних ефектів
побу32

довано багато вимірювальних приладів,
наприклад для вимірювання магнітних полів
і потужності в електричній мережі; ефект
Холла лежить в основі елементів для
перемножування функцій у деяких обчислювальних
пристроях; він дає змогу здійснити
швидкодіючі перемикачі електричних кіл, керованих
магнітним полем, та ін. Термістори й фоторе-
зистори — це найпростіші напівпровідникові
елементи. Є і значно складніші. Щоб
зрозуміти, як вони працюють, на яких принципах
будуються, треба глибше розібратись у
фізичних процесах, що відбуваються всередині
напівпровідників.
Електрони і дірки
Провідність у напівпровідників бував двох
видів. В одних випадках вона, як у металів,
пояснюється наявністю вільних електронів,
чий рух і утворює струм. В інших вона має
характер, властивий тільки
напівпровідниковим речовинам. Уявіть собі, що один з атомів
напівпровідника з якихось причин
(наприклад, внаслідок нагрівання) втратив електрон
і став позитивним іоном. На зовнішній орбіті
його, там, де раніше був електрон, залишилося,
порожне місце, «дірка». Цей стан атома
фізики й назвали діркою — без лапок. Позитивний
заряд осиротілого атома починає діяти на
сусідні атоми, намагаючись у свою чергу
відірвати від якогось із них недостаючий
електрон. І от в якийсь момент один із сусідніх
атомів не витримує і втрачає електрон, що
заповнює дірку в першому атомі. Але тепер
уже з’явилась дірка в другому атомі. Другий
атом заряджається позитивно і забирає
електрон у третього атома. Третій — у четвертого,
четвертий — у п’ятого і т. д. Дірка починає
мандрувати по напівпровіднику, переходячи
від одного атома до іншого. Разом з нею
подорожує і позитивний заряд, що дорівнює за
величиною зарядові електрона. Рухаються-то
електрони, а виходить так, нібито біжить
позитивний заряд.
Прикладемо до напівпровідника
електрорушійну силу. Тепер електрони помчать до
позитивного полюса джерела е. р. с., отже, дірки
переміщатимуться в напрямі негативного
полюса, в колі піде струм, тобто буде проявлятись
електропровідність, яка називається дірковою.
Отже, електропровідність напівпровідника
може бути електронною і дірковою. В
першому разі носіями струму є електрони, в
другому — дірки. Один і той самий напівпровідник
може мати обидва види провідності. Уся
справа в хімічному складі домішок, які завжди
є в кожній речовині. Одні домішки надають
напівпровідникові електронної провідності,
інші — діркової.
Якщо розжарити мідну дротинку, на ній
утвориться чорний наліт. Це сполука міді
з киснем повітря, так званий закис міді. За
своїми електричними властивостями цей
закис — типовий напівпровідник. Там, де тонкий
чорний шар межує з металом, у ньому багато
домішкових, таких, що не сполучилися з
киснем, атомів міді. Тут більше вільних
електронів і діє помітна електронна провідність.
У той же час у поверхневому шарі закису
міді, там, де він межує з повітрям, є надлишок
атомів кисню. Але ми знаємо, що кисень не
проводить електричного струму. Може,
надлишкові, ті, що не сполучилися з міддю, атоми
кисню погіршують і без того низьку
електропровідність напівпровідника? Виявляється —
ні. Провідність не тільки не зменшується,
а навпаки, значно підвищується. Кисень,
будучи ізолятором, поліпшує електропровідність
закису тому, що атоми кисню сприяють
утворенню дірок; вони перетягують до себе
електрони закису. В атомах напівпровідника то
там, то тут виникають дірки, і напівпровідник
набуває діркової провідності.
Проведемо простий дослід. Візьмемо два
крихітних напівпровідникових брусочки — один з
електронною провідністю, другий — з
дірковою. Торці брусочків замкнемо металевою
пластинкою, а два інших торці з допомогою
проводів під’єднаємо до
електровимірювального приладу. Тепер піднесемо до металевої
перемички запалений сірник. Від перемички
тепло передаватиметься брусочкам. У
напівпровіднику з електронною провідністю
з’являться вільні електрони. В міру нагрівання
електрони починають рухатися дедалі
швидше, зіштовхуються все частіше, все дужче
заважають один одному. Вони перекочовують
у холодніший кінець брусочка. Але електрони
несуть у собі негативний електричний заряд.
А раз у холодному кінці брусочка їх стає
більше, то цей кінець заряджається негативно
по відношенню до гарячого.
Схожа картина спостерігається і в брусочку
з дірковою провідністю. Тільки там у
холодному кінці скупчуються позитивні заряди.
Електронний і дірковий брусочки стають немов
полюсами електричної батареї, і проводом, що
їх з’єднує, починає текти струм.
33
з 220

Прилад, який безпосередньо перетворює
тепло в електроенергію, назвали термопарою, або
термоелементом. Чим же відзначається
напівпровідникова термопара?
Довгі роки вчені шукали способу
перетворювати теплову енергію в електричну без
усяких проміжних процесів. Згадайте, як
працює звичайна теплова електростанція.
У топках спалюють вугілля. Тепло, що
виділяється під час горіння, нагріває воду в
паровому котлі. Пара під високим тиском
надходить на лопаті турбіни й обертає її. Теплова
енергія переходить у механічну. З робочим
колесом турбіни зв’язаний генератор
електричного струму. Він перетворює механічну
енергію обертання в електричну.
Як бачите, теплова енергія спочатку
перетворюється в механічну і тільки після того —
в електричну. А кожний такий перехід енергії
неминуче супроводиться втратами. В
результаті не більш як 10% тепла доходить за
призначенням.
А чи не можна обійтися без допомоги
машин, замінити їх більш простими і зручними
термоелементами? Раніше таке питання
здалося б безглуздим. Річ у тім, що
термоелементи були відомі ще на початку минулого
століття, але виготовляли їх тоді не з
напівпровідників, а з металів. Металеві термопари
мали низький коефіцієнт корисної дії.
Виробляючи один ват електричної енергії, вони
вимагали взамін 200 Вт теплової. Ясно, що таке
неекономічне джерело електрики не мало
практичного значення для техніки. Тому
термоелементи використовували тільки як
термометри.
Коли в 1929 р. академік Абрам Федорович
Йоффе (1880—1960) виступив з твердженням,
що з допомогою напівпровідників можна буде
одержувати електроенергію з коефіцієнтом
корисної дії від 2,5 до 4%, то багато хто цьому
не повірив. Та минуло чверть століття, і саме
життя довело правоту вченого. З
напівпровідниковими батареями, що складаються з ряду
окремих термопар, удалося досягти
коефіцієнта корисної дії від 6 до 8%. І це ще не межа.
Лабораторні досліди дають підстави чекати,
що в майбутньому термобатареї виявляться
економічнішими за генератори, які працюють
від парових турбін.
Скільки втрачається зараз енергії! Вчені
підрахували, що 80% тепла, яке виділяється,
коли топлять печі, марно йде в повітря разом
з димом. Ми палимо буквально на вітер! А тим
часом велику частину цього викидного тепла
можна використати з допомогою
термобатарей. У димоходах, заводських трубах, каналах
з гарячою стічною водою неважко встановити
термоелементи. Так і буде. Але для цього
треба, щоб напівпровідники насамперед стали
дешевими.
Крім теплових відходів, при роботі печей,
теплоцентралей, домен не використовується
ще й дарове тепло, яке щедро роздає сама
природа. Ось, наприклад, сонячне проміння,
про яке ми вже говорили. Перенесіться на
мить в пустелю. Голі, розжарені сонцем
піски. Люта спека. Палюче сонце. Ось куди
так і просяться термобатареї!
А втім термобатареї із звичайних, навіть
напівпровідникових термоелементів були б
там не досить ефективними. Адже термопара
дає струм тільки тоді, коли один її кінець
нагрітий дужче за другий. А одержати досить
великий перепад температури, коли нестерпно
пече сонце, не так уже й просто. Ось чому
сонячні батареї, що перетворюють променисту
енергію Сонця в електричну, краще
виготовляти не на термопарах, а на вентильних
напівпровідникових фотоелементах.
Візьмемо дві пластинки напівпровідника,
одну з електронною провідністю, другу —
з дірковою, і з’єднаємо їх. На межі між
пластинками утвориться електронно-дірковий
перехід. При освітленні в електронному
напівпровіднику виникають вільні електрони, а в
дірковому — дірки. Незначна частина електро-
рів, перейшовши межу, проникає на територію
діркового напівпровідника. Частина дірок у
свою чергу перекочує по той бік межі. Але
для основної маси електронів і дірок перехід
буде нездоланним бар’єром. Річ у тому, що
перші електрони, скупчившись у пограничній
зоні, не дають перейти межу решті,
відштовхують їх. Те саме відбувається й з дірками.
І от утворюються два табори. По один бік
електронно-діркового переходу скупчуються
негативні заряди, по другий — позитивні.
Якщо тепер з’єднати зовні пластинки
напівпровідника проводом, то ним потече струм. Не
пробившись навпростець, електричні заряди
охоче скористуються обхідним шляхом.
Такий принцип дії напівпровідникового
фотоелемента.
Зароджується нова важлива галузь
енергетики — геліоенергетика (від грецького слова
«геліос» — «сонце»). Уже створено настільний
годинник, в якому пружину заводить слабке
кімнатне світло. Напівпровідниковий
фотоелемент віддає енергію акумулятору, а той

у свою чергу — електромоторчику, який
приводить у дію заводний механізм. Це —
початок. Попереду — серйозніша проблема —
створити потужну сонячну електростанцію, яка
могла б постачати енергію заводам і лікарням,
кінотеатрам і житловим будинкам.
Уявіть собі сотні гігантських щитів,
розташованих правильними рядами. Кожний щит —
це батарея напівпровідникових
фотоелементів з коефіцієнтом корисної дії понад 10%.
Щити автоматично встановлюються так, щоб
їх площини були завжди перпендикулярні до
сонячних променів. Якщо загальна поверхня
фотоелементів становитиме один гектар,
сонячна електростанція матиме потужність до
тисячі кіловат.
Це в майбутньому. Але вже тепер сонячні
батареї допомагають нам розв’язати проблему
колосальної ваги: без них неможливі були б
досягнуті нині успіхи в освоєнні космосу.
Електроустаткування і радіоапаратура
штучних супутників та космічних ракет
одержують електроенергію від сонячних батарей.
Супутник «Молния-1» розпростер крила, вкриті
мозаїкою кремнієвих фотоелементів. Струм
сонячних батарей живить ретранслятор
телевізійних сигналів, що передаються з краю
в край нашої Батьківщини.
Напівпровідники знайдуть своє місце і в
мирному використанні атомної енергії. Ми вже
говорили, що фоторезистори чутливі не
тільки до світла, а й до радіоактивного
випромінювання. Так от, вченим удалося створити
напівпровідникові фотоелементи, які
перетворюють енергію радіоактивного
випромінювання в електричний струм.
Є ще одна цікава галузь використання
напівпровідників. Ми познайомилися з
термопарою як з джерелом електричного струму. А що
буде, коли через термопару пропускати струм
від якогось зовнішнього джерела, скажімо від
батареї? Виявляється, з одного боку
термоелемент почне нагріватися, з другого — остигати.
Це явище виявив у 1834 р. французький
фізик Жан-Шарль- Атаназ Пельтьє (1785—1845),
а дослідив його в 1838 р. член Російської
академії наук, відомий дослідник
електричних явищ Еміль Христіанович Ленц (1804—
1865).
Ефект Пельтьє не мав істотного
практичного значення, поки він виходив у колах з
металевих провідників. Виявилося, проте, що в
колах з напівпровідників він проявляється
в багато разів сильніше. Температуру одного
з електронно-діркових переходів можна
знизити на десятки градусів.- Ефект Пельтьє лежить
в основі дії свого роду теплових насосів —
охолоджувальних або нагрівних пристроїв
з великим коефіцієнтом корисної дії, що
мають дуже просту конструкцію. Інститут
напівпровідників Академії наук СРСР у
Ленінграді розробив на цьому принципі побутові
й технічні холодильники.
Напівпровідникові охолоджувальні
елементи особливо цінні, коли треба створити «мікро-
холодильники», забезпечити охолодження в
невеличкому обсязі, наприклад охолодження
об’єкта дослідження на предметному столику
мікроскопа.
На зміну лампі
Електронна лампа відіграла велику роль у
радіо- й телевізійному мовленні, радіозв’язку,
радіолокації, в електронних системах
дистанційного контролю й автоматичного керування,
в обчислювальних установках та в багатьох
інших чудових досягненнях людства,
характерних для «віку електроніки». Чим
складнішими ставали завдання, які розв’язували
сучасними технічними засобами, тим більше
треба було ламп. Але при цьому дедалі більше
почали проявлятися великі недоліки
електронних ламп, що ставали гальмом дальшого
розвитку техніки.
Джерелом електронів у лампі є розжарений
електрод — катод. На нагрівання катода
струмом витрачається електроенергія. Тому
електронна лампа неекономічна. Строк служби
катода обмежений; після певного часу роботи
гіршають властивості катода або перегоряє
волосок розжарення. Тому електронна лампа
не досить надійна.
У ламповому радіоприймачі звукового
мовлення звичайно 6—8 електронних ламп. Такий
приймач споживає від електромережі
потужність 40—50 Вт. Майже вся ця потужність,
більш як 99%, з точки зору кінцевого ефекту
пропадає марно: потужність в гучномовці
приймача в середньому звичайно не
перевищує 0,1—0,2 Вт. 40 млн. таких приймачів,
працюючи в середньому по три години на
добу, споживають за рік понад мільярд
кіловат-годин електроенергії — те, що може дати
потужна гідроелектростанція. І майже вся ця
енергія витрачається вхолосту. Неважко
уявити собі, яку економію для народного
господарства дасть зменшення витрати енергії
в кожному приймачі.
Сучасні комп’ютери — швидкодіючі
обчислювальні пристрої; здавалося б, не можуть
35
З*

бути такими потужними споживачами
електроенергії, як радіомовні приймачі: адже їх
число в багато тисяч разів менше за кількість
приймачів. Однак слід зважити на те, що
в кожній такій машині вже не 6—8
електронних ламп, а тисячі електронних елементів.
Якби цими елементами були лампи, електронні
пристрої споживали б стільки ж
електроенергії, скільки споживають усі мовні приймачі.
А в народному господарстві є й інші численні
види електронної апаратури. Звідси можна
зробити висновок, що сучасне велике
поширення електронних пристроїв не могло не
привести до надзвичайної актуальності проблеми
їх економічності.
Друге дуже важливе питання розвитку
електроніки — надійність. Середній строк служби
електронної лампи — близько тисячі годин.
Якщо включити на безперервну роботу кілька
сотень або тисяч ламп, то одні з них
працюватимуть десять тисяч годин і більше, а інші —
сто — двісті годин, а то й менше. Отже, коли
в обчислювальній машині або в якійсь іншій
системі одночасно працює кілька сотень або
тисяч ламп, то весь час то та, то інша
виходитиме з ладу. Це може відбуватися через
випадкові інтервали часу — іноді через кілька
діб, а іноді й через кілька годин.
Пошкодження лампи викличе припинення
дії пристрою часом у зовсім непідхожий
момент. Бувають умови, в яких такі зупинки
абсолютно неприпустимі. В усякому разі
доведеться тримати постійний штат операторів,
щоб вони стежили за справністю апаратури
й заміняли лампи при виході їх з ладу. Отже,
електронна лампа не досить надійна. їй не
можна довіряти розв’язання відповідальних
завдань, наприклад гарантування безпеки
космонавтів. Та, на щастя, лампа має гідного
наступника — транзистор. Розберемося в його
роботі, але спочатку подивимося, як діє більш
простий прилад — кристалічний детектор.
Ми вже знаємо, що таке електронно-дірко-
вий перехід. Виявляється, ця погранична зона
має дуже цінну властивість — здатність
випрямляти змінний електричний струм.
Припустімо, що діркову ділянку під’єднано
до позитивного полюса електричної батареї,
а електронну — до негативного. Тоді під
впливом електричних сил дірки й електрони
рухатимуться назустріч одне одному. Через
напівпровідник потече струм.
Поміняємо місцями полюси батареї. Тепер
діркова ділянка заряджена негативно, а
електронна — позитивно. В результаті дірка й
електрони розійдуться в різні боки. Погранична
зона позбудеться як дірок, так і вільних
електронів, перетвориться в шар ізоляції, струму
при цьому в ній не буде.
Отже, електронно-дірковий перехід
пропускає струм тільки в один бік, подібно до дво-
електродної електронної лампи. Старий
кристалічний детектор, про який ми не раз
згадували,— окремий випадок напівпровідникового
діода. Електронно-дірковий перехід
утворюється тут у точці стикання загостреної
металевої пружинки з кристалом напівпровідника,
наприклад галену.
У багатьох напівпровідникових діодах і
транзисторах застосовується германій. Однак тепер
переважають кремнієві транзистори.
Цікава історія германію. Цей хімічний
елемент став відомим раніше, ніж його одержали.
Його існування на підставі суто теоретичних
міркувань передбачив Дмитро Іванович
Менделєєв (1834—1907). Невідомий елемент мав
бути схожим на кремній (по-латині — «силі-
ціум») і тому був названий «екасиліцієм».
Д. І. Менделєєв указав, якою має бути
атомна вага, а також деякі інші основні
властивості цієї речовини.
У чистому вигляді елемент одержав
німецький вчений Клеменс-Александр Вінклер
1838—1904) в 1886 р. Питання про його назву
обговорювали з Менделєєвим і вирішили
назвати його на честь батьківщини Вінклера
германієм.
Однак протягом більш як півстоліття
германій практично не застосовували. Коли ви
візьмете перший том фізичного словника,
виданого в 1936 р., то прочитаєте там, що
германій «технічно ніякого інтересу досі не
становить». Але минуло ще трохи більше
десятка років, і германій раптом став найпо-
пулярнішим матеріалом у спеціалістів, які
займаються радіотехнікою і електронікою.
На популярності германію не позначилось
і те, що цей елемент належить до рідкісних
на Землі, що він розсіяний в дуже невеликих
кількостях. Його вміст в інших мінералах
звичайно становить малі частки процента.
Руди з вмістом германію порядку кількох
процентів або десятків процентів на нашій
планеті дуже рідкі. Незважаючи на це, германій
почали видобувати з усього, з чого тільки його
можна вилучити. Спочатку германій
видобували головним чином з кам’яновугільного
диму, в якому його близько 1%. Цей спосіб
і зараз має промислове значення.
Кристалічні гратки германію мають таку
36

саму структуру, як у алмаза: кожний атом
зв’язаний з сусідніми чотирма атомами; п’ять
атомів утворюють тетраедр. Германій —
типовий напівпровідник, і картина
електрофізичних явищ у ньому дав змогу наочно уявити
собі властивості напівпровідників взагалі.
Отже, атоми в германії, як і в кожному
твердому тілі, розташовані один проти одного
в певному порядку, складаючи кристалічні
гратки. Кожний атом можна розглядати як
позитивне ядро, оточене електронними
оболонками. Електрони зовнішньої оболонки
валентні. Вони зв’язані з ядром слабше за інші
електрони і можуть відділятися. У
кристалічних гратках валентні електрони «усуспільнені»
сусідніми атомами й зайняті у зв’язках між
ними.
В ізоляційних матеріалах валентні
електрони міцно зв’язані в атомах і не можуть
вільно переміщатися, тому струм у цих
матеріалах практично відсутній. Це має місце
і в хімічно абсолютно чистому германії.
Напівпровідник став напівпровідником в
результаті того, що він містить спеціально дібрані
й дозовані домішки.
Уявімо собі кристал германію, в якому
окремі атоми кристалічних граток замінено
атомами миш’яку або сурми чи фосфору. Ці
домішки п’ятивалентні: у зовнішній оболонці
їх атомів не чотири, як у германію, а п’ять
електронів. У кристалі чотиривалентного
германію тільки чотири електрони з п’яти будуть
зайняті у зв’язках з сусідніми атомами, які
знаходяться в інших кутах тетраедра: адже
сусіди — чотиривалентні. П’ятий електрон, не
зайнятий в цих зв’язках, порівняно легко
вивільнюється і може переміщатися в речовині.
Якщо приєднати до кристала джерело
електрорушійної сили, то такі вивільнені
електрони переміщатимуться, як і електрони в
металевому провіднику, утворюючи струм. Є, проте,
велика різниця: у металі кількість вільних
електронів величезна. У германії число їх
визначає кількість домішки — коли вона
порівняно мала, то й струм буде малий. Інакше
можна сказати, що опір напівпровідника
струмові значно більший за опір металу. Тому він
і називається напівпровідником.
Виготовляючи кристали германію, можна
точно дозувати кількість домішки, що
вводиться. Електропровідність буде у прямій
залежності від числа домішкових атомів — так ми
керуємо властивостями матеріалу. Йдеться
про надзвичайно чистий первинний матеріал
і про дуже точне дозування, тобто про тонку
спеціальну технологію. Вона стала можливою
в наш час завдяки досягненням хімії і
металургії: тепер навчились створювати матеріали
з певними, наперед заданими електричними
властивостями. Раніше таких можливостей
електроніка не мала.
Германій стає електропровідним і в тому
разі, коли домішкові атоми тривалентні, тобто
жа їх зовнішній електронній оболонці не п’ять,
а тільки три електрони. Такі, зокрема, індій
і галій, широко використовувані у виробництві
напівпровідникових приладів. Тривалентний
домішковий атом розташовується в одному
з кутів тетраедричних кристалічних граток,
маючи по сусідству чотири атоми германію.
Але для зв’язків в ними домішковий атом має
тільки три валентних електрони, і один із
зв’язків залишається незаповненим. Проте
його може заповнити електрон одного із
сусідніх атомів германію.
Атом германію, віддавши один із своїх
електронів агресивному чужоземцю, не
лишається байдужим до свого стану: в ньому
порушена рівновага позитивного заряду ядра і
негативного заряду електронів, які оточують
ядро. Позитивний заряд тепер переважає,
атом перетворився в позитивний іон. Він
притягає до себе електрони своїх сусідів. Один
з них може вирватися й перейти до атома —
носія позитивного заряду; тепер відновлюється
електрична рівновага цього атома, але
позитивного заряду набував другий атом, що
втратив електрон. Так утворюється дірка, яка
може переміщатися в кристалічних гратках.
Щоб виготовити германієвий діод, беруть
крихітну пластинку хімічно чистого германію.
З одного боку в неї вплавляють крапельку
індію, з другого — краплю олов’яного сплаву.
Атоми індію і олова проникають з двох боків
у германій. Індій надає йому діркової
провідності, а олово — електронної. У товщі
кристала утворюється електронно-дірковий перехід.
Це один з способів одержання переходу.
Сучасні напівпровідникові випрямлячі
відзначаються дуже високим коефіцієнтом
корисної дії, який досягає 99%.
Його величність транзистор
Тепер, коли ми знаємо, як побудований і
працює напівпровідниковий діод, нам легше буде
розібратися й у кристалічному тріоді —
транзисторі. Регулюючи розподіл домішок у
кристалі напівпровідника, сформуємо структуру
його так, щоб утворилися три шари: два
37

шари — з дірковою, а між ними — дуже
тонкий шар з електронною електропровідністю.
Шар з електронною електропровідністю
назвемо базою, а два інших — колектором і
емітером. Отже, ми одержали напівпровідниковий
тріод — транзистор з двома електронно-дірко-
вими переходами. Увімкнемо між базою і
колектором батарею так, щоб провід від її
негативного полюса йшов на колектор, а від
позитивного — на базу. Між емітером і базою
теж увімкнемо джерело струму, тільки із
значно меншою напругою і так, щоб його
позитивний полюс з’єднувався з емітером.
Перший електронно-дірковий перехід (між
базою і колектором) закритий — адже «мінус»
батареї увімкнутий до діркової ділянки
напівпровідника, а «плюс» — до електронної.
Другий електронно-дірковий перехід (між
емітером і базою) відкритий, бо до
електронної ділянки приєднаний «мінус», а до
діркової — «плюс». Через цей перехід тече струм.
З емітера в базу надходять дірки. Там їх
притягає негативно заряджений колектор.
Частина дірок проникає в колектор, утворюючи
струм, який підтримується за рахунок
батареї, увімкнутої між колектором і базою.
Оскільки напруга останньої велика порівняно
з напругою батареї, увімкнутої в колі
емітер — база, потужність її значно вища.
Коли напругу на емітері змінювати — то
зменшувати, то збільшувати, змінюватиметься
і струм у колі колектора. Отже, коливання
напруги на емітері керують струмом у колі
колектора.
Увімкнемо в коло емітера мікрофон, а в коло
колектора — телефонні навушники або
гучномовець. Транзистор діятиме як підсилювач.
Ми говоримо в мікрофон, слабкі коливання
напруги на емітері керують вильотом дірок,
тобто в свою чергу змінюють
електропровідність колектора. Напруга на гучномовці теж
коливається, але ці коливання набагато
потужніші, ніж у колі емітера, бо колекторна
батарея має більшу напругу. І ми чуємо
підсилений, гучний звук.
Замість мікрофона і гучномовця можна
увімкнути коливальні контури, настроєні на
досить високу частоту. Тоді це буде
підсилювач радіочастоти.
Транзистори відзначаються крихітними
розмірами, не мають волоска розжарювання
і працюють при знижених напругах. Тому
вони в багато разів економічніші за
радіолампи. Ламповий батарейний приймач важить
8—10 кг і витрачає за рік до 25 кг батарей, які
всі разом коштують майже стільки ж, скільки
коштує він сам. Транзисторний приймач
важить лише 150—200 г, а маленька батарейка
живитиме його більше місяця.
Напівпровідникові діоди і транзистори надзвичайно
довговічні — вони служать десятки тисяч годин.
Строк служби електронних ламп у 10—20 разів
менший. Міцність напівпровідникових
приладів незмірно вища за міцність електронних
ламп. Завдяки цим чудовим властивостям
транзисторні підсилювачі вже майже повністю
витіснили лампові підсилювачі в сучасній
радіоапаратурі.
Важко перелічити всі позитивні якості
транзисторних підсилювачів, але вони мають
і вади. На властивості германієвих
транзисторів справляють, наприклад, сильний вплив
коливання температури. Перші транзистори не
могли працювати при таких високих
радіочастотах, при яких прекрасно працювали
електронні лампи. А втім, частотний діапазон
транзисторів швидко розширяється й вже
досяг сантиметрових хвиль. Потужність
транзисторів досягає сотень ват, але в багатокіло-
ватних радіопередавачах ще доводиться
застосовувати потужні електронні лампи.
Вище вже говорилося, що германій —
рідкісний елемент. Зовсім інакше стоїть справа
з іншим напівпровідником, який став таким же
важливим для сучасної техніки. Це кремній.
Він схожий на германій: теж
чотиривалентний, має аналогічну кристалічну структуру.
На відміну від германію кремній зовсім не
дефіцитний. Більше того, це один з
найпоширеніших елементів: у складі земної кори вміст
його наближається до 30%.
У деяких відношеннях кремній трохи
поступається перед германієм. У германії
переміщення електронів можуть відбуватися
швидше, і для радіотехніки, для техніки дуже
швидких електричних коливань це не
байдуже. Але має переваги і кремній. Він
зберігає свої чудові властивості при більш високих
температурах, при яких германій починає
працювати значно гірше. Приблизна оцінка така:
близько 100° С — германій, близько 200° С —
кремній. У багатьох випадках це дуже важливо.
Коли вже зайшла мова про температури,
треба сказати, що й алмаз, якби вдалося
ввести в нього домішки, був би
напівпровідником, але працювати він міг би і при високих
температурах. До того ж це найтвердіший,
найміцніший матеріал. Якщо застосувати в
електроніці алмази, то, мабуть, повністю
відпадуть проблеми термостійкості, механічної
38

міцності, можна буде створити надзвичайно
надійні електронні пристрої.
Така перспектива приваблива, але здається
не дуже імовірною: алмаз надто дорогий...
Проте штучні алмази вже застосовуються
в промисловості, і роль їх швидко зростає,
а технологія виробництва удосконалюється.
І рубін колись був одним з найдорожчих
мінералів, а тепер у заводських умовах
виготовляють недорогі рубінові кристали для лазерів.
Та є величезна кількість і інших
напівпровідників, одні з яких уже використовуються,
а інші чекають розкриття своїх таємниць. Уже
широко застосовують у техніці, наприклад,
напівпровідники у вигляді сполук
тривалентних і п’ятивалентних хімічних елементів —
арсенід галію (миш’яковистий галій),
антимонід індію (сурм’янистий індій), сурм’янистий
галій, фосфористий галій та ін. Дослідники
продовжують шукати нові матеріали для
електроніки, і пошуки ці успішні, вони
розкривають для технічного прогресу дедалі ширші
горизонти.
Невичерпне джерело
Ми далеко не вичерпали можливостей
напівпровідникового приладу. За різноманітністю
своїх можливостей він набагато перевершує
електронну лампу.
Повернемося до замкнутого електронно-дір-
кового переходу. У проміжному шарі немає
ні дірок, ні вільних електронів. Тут
напівпровідник поводиться як ізолятор. Але ж це
надзвичайно важливий принциповий висновок: ми
докорінно змінюємо електричні властивості
шару речовини всередині кристала.
Вдумайтеся в це. Ми не піддавали кристал ні
хімічній, ні механічній чи якійсь іншій обробці,
ми просто змінили полярність батареї,
змінили напрям електричного поля. Таким чисто
електричним впливом ми змогли змінити
властивість напівпровідника, з «майже
провідника» перетворити його в ізолятор.
І ще один важливий висновок. Виявляється,
ширина замикаючого шару в замкнутому
кристалі змінюється залежно від величини
прикладеної напруги батареї. Коли ця
напруга невелика, то і шар ізоляції дуже тонкий.
Але збільшимо напругу, відповідно
підсилиться електричне поле і з більшою силою буде
відтягати в пограничному шарі вільні
електрони в один бік, дірки —в інший бік від
межі. Ширина ізоляційного шару збільшиться.
Згадаймо найпростіший конденсатор. Це дві
пластини з металу (провідника), а між
ними — шар непровідної речовини
(діелектрика), наприклад повітря. Зробимо ізоляційний
шар тоншим, зблизимо пластини — ємність
конденсатора зросте. Розсунемо пластини —
ємність зменшиться.
Замкнутий електронно-дірковий перехід —
такий же конденсатор. І ємність його теж
можна змінювати. Але для цього не треба
зближувати або розсувати пластини, не треба
до нього навіть доторкатися: досить збільшити
або зменшити прикладену напругу, і ширина
ізоляційного шару збільшиться або
зменшиться. Відповідно змінюватиметься і ємність.
Діоди, що діють як напівпровідникові
конденсатори з керованою ємністю, дістали назву
варакторів.
Ще один чудовий різновид
напівпровідникового діода — тунельний діод, винайдений
у 1958 р. японським ученим Лео Єсакі. Струм
через діод Єсакі при збільшенні прикладеної
напруги спочатку збільшується, а потім
починає зменшуватися, досягав мінімуму і далі
знову зростає. У тих межах, в яких із
збільшенням напруги зменшується струм,
властивості діода подібні до властивостей
кристалічного детектора, використаних О. В. Лосєвим
у «кристадині»: діод має негативний опір для
електричних коливань. Причина описаного
явища — відомий у фізиці тунельний ефект,
який спостерігається в електронно-діркових
переходах у деяких кристалах при великому
вмісті в них домішки (тому діоди описуваного
типу й названо тунельними).
Тунельний ефект пояснюється особливим
механізмом проходження електронів через дуже
тонкий електронно-дірковий перехід, який
створюється при великій кількості домішок
у кристалі. Проходження електронів
відбувається надзвичайно швидко, тому тунельний
діод зберігає свої властивості при
електричних коливаннях з дуже високими частотами.
На основі тунельних діодів створено
підсилювачі дециметрових і сантиметрових хвиль,
за принципом дії подібні до «кристадина»,—
регенеративні підсилювачі. їх чудова
властивість — порівняно слабкі власні шуми — дала
змогу приймати й підсилювати дуже слабкі
радіосигнали. З тунельними діодами роблять
також генератори надвисоких частот і деякі
інші електронні пристрої. Для виготовлення
тунельних діодів використовують германій,
арсенід галію, антимонід індію та деякі інші
напівпровідники.

ЯК ПІДСИЛЮЮТЬ РАДІОСИГНАЛИ
Азбука радіосхем
У природі і в техніці 6 безліч процесів, яких
не зміг би описати досить повно найталано-
витіший письменник. Річ у тому, що для
такого опису потрібна особлива мова, яку
скромно називають математичним апаратом. У цій
книзі в ньому немає потреби.
Та в радіотехніці є ще одна мова, вірніше
азбука, без якої вже не обійтися. Це азбука
радіосхем — умовні позначення окремих
деталей, 8 яких монтується радіотехнічна
апаратура, і з’єднань між ними. З деякими
позначеннями ми вже ознайомилися, 8 іншими
зустрінемося в наступних розділах.
Важливо розібратися не тільки в тому, як
позначаються ті чи інші деталі й вузли
радіоапаратури, а й у їх з’єднанні та взаємодії.
Усе це потрібно для того, щоб дістати
уявлення про будову підсилювача, радіоприймача,
передавача або телевізора. Схема — свого роду
топографічна карта, без якої в сучасному
приймачі так само легко заблудитися, як
у дрімучому лісі. Як і в лісі, тут є свої стежки
та просіки. їх роль відіграють з’єднувальні
провідники. На схемах їх зображають
відрізками прямих ліній, що з’єднують умовні
зображення деталей та вузлів. Електричне
з’єднання двох провідників гображають на
схемах крапкою. Коли ж крапки немає, це
означає, що провідники перетинаються без
електричного з’єднання.
З’єднувальні провідники звичайно роблять
з міді, алюмінію, інколи із срібла. Вони
можуть бути суцільні чи багатожильні, в
ізоляції чи без неї. У потужних генераторах вони
бувають трубчасті, а при друкованому
монтажі — плоскі.
Про друкований монтаж варто поговорити
докладніше. Візьміть, наприклад, радіомовний
приймач старої конструкції. Мільйони їх
у наших будинках продовжують справно
виконувати свою добру службу. Полірований
дерев’яний ящик, всередині — металева
коробка, або шасі, на ній безліч різних
радіодеталей — конденсаторів, коливальних контурів,
покритих алюмінієвими екранами,
трансформаторів, між ними — проводи червоні, жовті,
блакитні, і кожний провідник скріплений з
деталлю краплинкою олова...
Десятки рук, озброєних паяльниками,
виконували копітку, що вимагає великої
акуратності й терпіння, роботу — монтаж
радіоприймача.
Подумайте тільки: радіотехнічний пристрій,
один з найбільш типових елементів сучасного
прогресу, монтується вручну, мало не
кустарним способом! Хіба можна з цим миритися?
Ні, інженери зовсім не примирилися з
необхідністю складати радіоприймачі вручну.
Геть павутиння проводів! Пора вже
відмовитися від ручного паяння, яке пожирає
левову пайку праці! Але одна справа — слова,
а інша — практичне рішення. Яку заміну
знайти для застарілого, незручного способу
монтувати радіоапаратуру?
Отут-то й виникла думка друкувати
монтажні з’єднання, як друкують книги, тільки
не на папері, а на фольгованому гетинаксі —
спеціальному картоні, просоченому
ізоляційними смолами й покритому тонким шаром
міді,
Кладемо лист гетинаксу в друкарську
машину — і от на фользі віддруковуються лінії
всіх з’єднань майбутнього радіоприймача.
Опускаємо лист у кислоту. На лініях
потрібних з’єднань метал залишається, а на інших
ділянках розчиняється. Досить змити фарбу —
і можна милуватися пластинкою з
примхливим струмопровідним візерунком —
друкованою платою.
Закріпимо деталі, для яких у гетинаксі
передбачливо приготовлено отвори. Деталі з’єд-
40

нують, як і раніш, паянням, але тепер його
можна автоматизувати.
У кожному радіоприймачі можна знайти
резистори — елементи опору — деталі, які дають
змогу «гасити» напругу. Будова резисторів
різна. Звичайно вони являють собою
циліндрики з фарфору, пластмаси або якогось іншого
ізолятора, на які нанесено провідний шар, що
чинить певний опір струмові. Резистори
зображують на схемах у вигляді прямокутників.
У радіоапаратурі застосовують і змінні
резистори, чий опір можна регулювати. Це
реостати (з двома виводами — від одного з
кінців і рухомого контакта) і потенціометри
(з трьома виводами — від обох кінців і
движка). Умовні зображення змінних резисторів,
реостата і потенціометра дано на рисунку.
Дуже поширені також конденсатори різних
типів, наприклад керамічні.
Уявіть собі крихітну пластинку особливої
кераміки, що має дуже високу діелектричну
проникність. На грані пластинки нанесено
тонкі шари моталу, які правлять за обкладки
конденсатора. Завдяки великій діелектричній
проникності кераміки, ємність такого
конденсатора, незважаючи на малі розміри і
простоту конструкції, досить висока (досягає
тисяч і навіть десятків тисяч пікофарад).
За діелектрик в електролітичних
конденсаторах править плівка окису, нанесена
електролітичним способом на довгу смужку фоль-
з
ги. Фольга відіграє роль однієї з обкладок
(анода). Друга обкладка (катод) складається
з просоченої електролітом паперової стрічки,
накладеної на стрічку 8 неокисленої фольги.
Анод через діелектричний шар окису
щільно прилягає до катода. Усі три стрічки —
з фольги, покритої окисом, з паперу і з
«чистої» фольги згорнуті в рулон і вміщені в
металевий корпус.
Електролітичні конденсатори полярні. їх
треба під’єднувати анодом до «плюса», а
катодом — до «мінуса» кола. Оскільки плівка окису
надзвичайно тонка, ємність їх при однакових
розмірах значно більша, ніж в інших типах
конденсаторів.
Майже в кожному радіотехнічному
пристрої є конденсатори змінної ємності. З їх
допомогою змінюють настройку коливальних
контурів. В сучасних приймачах кілька
окремих конденсаторів змінної ємності
об’єднують в один агрегат із загальною ручкою
настроювання. Умовні позначення
конденсаторів постійної та змінної ємності показано на
рисунку.
Жодний радіотехнічний пристрій не може
обійтись без антени і заземлення (А),
вимикача і перемикача (Б), напівпровідникового
діода і транзистора (В), які в сучасних
пристроях застосовують замість електронних
ламп (Г).
Як бачите, умовні позначення досить прості.
Оволодійте цією азбукою радіотехніки, і ви
зможете зрозуміти будову підсилювача або
приймача — адже аркуш із схемою може
розповісти більше, ніж цілий розділ книжки!

Що таке підсилювач
В сучасному радіоприймачі, телевізорі,
передавачі і майже в кожному іншому
радіоприладі є підсилювачі. Так, напруга сигналу на
вході приймача може становити лише кілька
мікровольтів, а то й ще менше. На виході ж
напруга вимірюється вольтами. Отже,
пройшовши приймальний тракт, сигнал
підсилився приблизно в мільйон разів.
Проте підсилення електричних коливань не
означає простого зростання їх напруги.
Взяти, наприклад, звичайний підвищувальний
трансформатор. Напруга на його вихідній
обмотці у стільки разів вища за напругу на
вхідній обмотці, у скільки разів число витків
однієї більше за число витків другої
(відношення чисел витків називають коефіцієнтом
трансформації).
Отже, у трансформаторі збільшення
напруги явне, а от підсилення немає. Річ у тому,
що при підсиленні треба виконувати одну
обов’язкову умову: потужність коливань на
виході підсилювача має бути вищою, ніж на
вході. У трансформаторі ж потужність не
тільки не збільшується, а навіть зменшується,
тому що в обмотках і осерді трансформатора
втрачається певна частина енергії.
Підсилювачам ставлять ще одну вимогу:
в процесі підсилення не повинні виникати
недопустимі спотворення форми сигналу.
Які бувають підсилювачі
У радіотехніці та в інших галузях науки
і техніки застосовуються найрізноманітніші
сигнали. Одні з них дуже прості (наприклад,
‘гармонійні коливання), інші, навпаки,
надзвичайно складні (наприклад, сигнал телевізійного
зображення).
Форма сигналу і його потужність
справляють визначальний вплив на параметри
підсилювача, на його основні характеристики.
Цілком очевидно, що малошумкий
підсилювач, який стоїть на вході високочутливого
приймача, не можна використовувати на
виході потужного передавача. І навпаки,
підсилювач потужності радіопередавального
пристрою на лампі розміром у зріст людини
було б безглуздям переселити в приймач.
Важливу роль відіграє також частота
підсилювальних коливань. Одна річ — звукові
коливання, а інша — коливання, скажімо,
сантиметрового діапазону хвиль.
Залежно від частоти або форми
підсилювальних коливань підсилювачі поділяють на
різні групи: підсилювачі звукової частоти,
імпульсні підсилювачі, підсилювачі
сантиметрових хвиль та ін.
У телебаченні доводиться підсилювати
складні сигнали, у спектрі яких є коливання з
частотами від десятків герців до кількох
мегагерців. Це завдання розв’язують широкосмугові
підсилювачі сигналів зображення, які
називають відеопідсилювачами. Є також
підсилювачі постійного струму для підсилення напруг
і струмів, які змінюються дуже повільно.
Підсилювачі радіочастоти можуть бути
резонансні або смугові. Резонансний підсилювач
підсилює коливання певної частоти, на яку
він настроєний. Смугові ж підсилювачі
розраховані на підсилення коливань у заданій, більш
або менш широкій смузі частот.
Усе, про що ми тільки-но розповіли,
стосується в однаковій мірі транзисторних і
лампових підсилювачів. Звичайно, цими двома
видами «сім’я» підсилювачів не вичерпується.
Ми вже знаємо про існування, наприклад,
ламп біжучої хвилі та пролітних клістронів,
а також і таких представників світу
напівпровідників, як тунельні діоди. Усі ці прилади
використовують для підсилення коливань.
Великого значення набув і параметричний
підсилювач, теж з діодом, тільки не з
тунельним, а з варакторним. В основі
параметричного підсилення лежить фізичне явище, яке
неважко пояснити. Уявімо собі конденсатор
змінної ємності з двох пластин, до якого
підведено електричні коливання. У момент, коли
напруга на конденсаторі максимальна,
розсунемо пластини і зменшимо цим ємність. Нам
довелося подолати силу електричного поля,
яка притягувала одну пластинку до одної;
треба було затратити певну енергію. Ця
енергія залишилася в конденсаторі, напруга між
його пластинками зросла.
Вибравши момент, коли напруга
електричних коливань на конденсаторі дорівнює нулю,
зблизимо пластини конденсатора, поставимо
їх у початкове положення. При цьому енергія
не зміниться: електричного поля між
пластинами немає, і сили взаємодії між ними
відсутні. Отже, якщо періодично то зменшувати, то
збільшувати ємність конденсатора в такт
з діючими на нього електричними
коливаннями, то створюється приплив енергії,
потужність коливань зростає за рахунок того
джерела, що забезпечує зміну ємності. Таким
джерелом міг би бути моторчик, який би то
зсував, то розсував пластини, хоча цього не
42

можна було б робити досить швидко. Але
краще застосувати варактор і змінювати його
ємність подачею допоміжної напруги від
спеціального генератора (він називається
генератором накачування). Це можна робити дуже
швидко, хоч мільярди разів на секунду.
Енергія коливань від генератора переходить у коло
конденсатора, збільшуючи енергію діючого
в ній слабкого сигналу. Створюється
підсилення слабкого сигналу — параметричне
підсилення.
Діод-варактор міцно зайняв місце в багатьох
сучасних радіоприймачах надзвичайно
відповідального призначення, скажімо, для
космічного радіозв’язку. І не тільки в
радіоприймачах. Якби кілька років тому радіоспеціалістові
сказали, що потужним джерелом
високочастотних коливань, випромінюваних через
антену, в радіопередавачі може бути діод, він
сприйняв би це за жарт. З давніх часів
монополія в розв’язанні такого завдання належала
електронній лампі. Для одержання потужних
коливань у радіопередавачах сантиметрових
хвиль непридатні і звичайні електронні лампи,
У багатьох випадках тут ще непридатні
і транзистори, хоча застосування їх швидко
розширяється. Близько двох десятиліть
завдання розв’язувалося застосуванням
спеціальних електронних приладів — магнетронів,
клістронів, ламп біжучої хвилі. В останні роки
з’явилися передавачі взагалі без електронних
ламп, цілком на напівпровідникових
елементах, правда, поки ще порівняно невеликої
потужності. Найважливіша роль у таких
передавачах належить варакторам.
При вмиканні варактора в коло змінного
струму високої частоти можуть бути виділені
гармоніки, тобто коливання кратної
(подвійної, потрійної і т. д.) частоти. На цьому
принципі побудовані й варакторні помножувачі
частоти, головна перевага яких — високий
коефіцієнт корисної дії, що досягає 90%.
Хороші показники мають, наприклад, варактори
з арсеніду галію і антимоніду індію.
У радіопередавачі є транзисторний
генератор, який працює на зниженій частоті. В
цьому випадку транзистори можуть усталено
генерувати порівняно потужні коливання.
За генератором іде помножувач частоти на
варакторах. На виході помножувача
утворюються коливання в діапазоні сантиметрових
хвиль, які випромінюються через антену.
Є промислові конструкції апаратури
радіорелейного зв’язку без жодної електронної
лампи, в яких використовують підсилювачі
описаного типу. Така апаратура дуже надійна,
споживає мало електроенергії і надзвичайно
зручна для застосування на автоматичних не-
обслуговуваних станціях радіорелейних ліній.
А тепер, коли ми познайомилися в
загальних рисах з представниками сім’ї
підсилювальної техніки, поговоримо докладніше про
роботу старійшини цієї сім’ї — лампового
підсилювача.
Лампа підсилює
Поведінка електронної лампи ілюструється так
званою сім’єю статичних характеристик.
Проведемо такий експеримент. Складемо
пристрій за схемою, поданою на рисунку
(волосок розжарення лампи тут і далі для
простоти не показано). Очевидно, струм в
анодному колі лампи, який вимірюють за
допомогою міліамперметра, залежить від напруг на
аноді Еа і сітці Ес. За допомогою
потенціометрів Да і /?с ці напруги можна регулювати.
Установимо якусь певну напругу на аноді.
Нехай, наприклад, стрілка вольтметра Уа
показує + 100 В. Що ж до напруги на сітці, то
ми її будемо змінювати, кожного разу
вимірюючи силу анодного струму. Припустімо,
спочатку на сітці —15 В; анодного струму
немає — стрілка міліамперметра в колі анода
стоїть на нулі. При —10 В лампа «відкрилась»,
але струм дуже малий; при —5 В він став
більшим, при 0 В — ще більшим. Щоб
подавати тепер на сітку позитивні напруги,
поміняємо місцями полюси батареї. Ось на сітці
+5 В, потім +10, +15 В. Зростання анодного
струму уповільнилось, а далі зовсім
припинилось.
Коли на графіку по вертикальній осі
відкладати анодний струм, а по горизонтальній —
відповідну напругу на сітці, то вийде крива,
яку називають статичною характеристикою
лампи (А). Отже, статична характеристика
виражає залежність анодного струму від
напруги на сітці при постійній напрузі на
аноді. Криві, зняті при різних анодних напру-
43

гах, утворюють разом сім’ю статичних
характеристик лампи (В).
Тепер ми можемо накреслити найпростішу
схему підсилювача і, користуючися сім’єю
лампових характеристик, дослідити його
роботу.
У сітковому колі підсилювача діють дві
напруги — підсилювана змінна ис і постійна —
Ес. В анодне коло послідовно з опором
навантаження Да (його роль можуть відігравати,
наприклад, телефонні навушники) увімкнуто
джерело живлення з напругою +#а. Оскільки
на вхід лампи разом 8 постійною напругою
надходять і електричні коливання, то сумарна
сіткова напруга весь час змінюється.
Змінюється і сила струму в колі анода, а значить
(згадаймо закон Ома),— і спад напруги на
опорі навантаження /?а. Тут ми виявляємо
одну ускладнюючу обставину: одночасно
змінюються обидві напруги — як на аноді, так
і на сітці.
Отже, користуватись якоюсь певною
статичною характеристикою (знятою при
постійному Еа) не можна. У процесі коливань «робоча
точка» переходить з однієї статичної
характеристики на іншу.
Крива, що виражає залежність анодного
струму від напруги на сітці підсилювальної
лампи з навантаженням у колі анода,
називається динамічною характеристикою. її
зовнішній вигляд схожий на статичну
характеристику, хоча завжди треба пам’ятати, що це,
по суті, різні криві.
З рисунка, що ілюструє процес підсилення
коливань, видно, як підсилювана напруга,
зміщуючи робочу точку на динамічній
характеристиці, спричинює зміну анодного струму
лампи; відповідно змінюється і напруга на
навантаженні /?а. Підсилені коливання неважко
зняти з анода лампи через конденсатор, який
дасть дорогу змінній складовій і затримає
постійну. Вдивіться ще раз у криву. її
похила ділянка майже прямолінійна. Коли робоча
точка не виходить за її межі, то між
напругами на сітці й анодним навантаженням існує
пряма пропорціональність: якщо на вхід
лампи подати чисту синусоїду, то така сама,
тільки трохи більша, буде й на виході.
Та от у верхній частині характеристика
лампи викривлюється. Це пояснюється тим,
що керуюча сітка при досить великій
позитивній напрузі перехоплює електрони в анода,
тому сітковий струм зростає, а зростання
анодного припиняється. Якщо на вхід лампи
подано коливання надто великої інтенсивності,
робоча точка періодично вибігав на нелінійну
ділянку характеристики; пропорціональність
між вхідною і вихідною напругами
порушується, виникають викривлення. Тому
підсилювач не можна перевантажувати.
На рисунку зображено схему підсилювача
радіочастоти. Це — резонансний підсилювач.
Його навантаженням в коливальний контур
СЦ настроєний на певну частоту. Контур
чинить найбільший опір струмові тієї
частоти, на яку він настроєний. Справді, пульсації
анодного струму наче розгойдують
коливальний контур, і в ньому виникають електричні
коливання, чия амплітуда особливо велика
у випадку резонансу. Якщо, змінюючи ємність
конденсатора, перебудовувати контур
відповідно до діапазону, то тим самим можна
виділяти ті чи інші сигнали.
Принципової різниці в роботі підсилювачів
на лампах і на транзисторах немає. Динамічна
44

характеристика транзистора формою нагадує
характеристику лампи. Звичайно, в роботі
транзисторних підсилювачів є своя специфіка,
яка обумовлена особливостями
напівпровідникових приладів. Про ці особливості ми вже
говорили.
З допомогою лампи або транзистора
коливання можна підсилити в десятки й сотні
разів. Але й таке підсилення часто буває
недостатнім. Так, наприклад, щоб розрізнити
слабкі сигнали далекої радіостанції, їх
енергію доводиться підсилювати в мільйони разів.
Цього колосального підсилення досягають
каскадним вмиканням підсилювачів.
Підсилювач у цілому становить ряд послідовних
каскадів, кожний з яких являє собою
самостійний підсилювач на одній лампі або на
одному транзисторі. Вхід кожного наступного
каскаду під’єднують до виходу попереднього.
Припустімо, що кожний каскад підсилює
коливання в 10 разів. Тоді загальне
підсилення двох каскадів дорівнюватиме 100, трьох —
1000 і т. д. Чим більше каскадів, тим вище
підсилення. Ось чому в чутливих
радіоприймачах для далекого прийому буває по кілька
підсилювальних каскадів.
Завдяки величезному підсиленню
надзвичайно слабкі коливання на вході приймача
стають сильними, потужними на його виході.
ФАБРИКА КОЛИВАНЬ
Метаморфози енергії
Ми вже розповідали про перший іскровий
радіопередавач. В ньому енергія постійного
струму, створювана гальванічними
елементами, перетворювалася в енергію електричних
коливань радіочастоти. Це був генератор
радіочастотних коливань.
Генератор електричних коливань входить до
складу майже кожного радіотехнічного
пристрою. Його можна зустріти не тільки в
радіопередавачі, а й у приймачі. Справді, в
сучасних супергетеродинних радіоприймачах
завжди є внутрішній генератор — гетеродин.
Без нього неможливо перетворити приймані
коливання радіочастоти в коливання нижчої,
так званої проміжної частоти, більш зручної
для дальшого підсилення коливань.
Усі генератори можна поділити на дві
великі групи: генератори з незалежним
збудженням і генератори з самозбудженням,
інакше — автогенератори. Генератор з
незалежним збудженням — це, по суті, потужний
підсилювач. Підсилювач споживає енергію
постійного струму від джерела живлення.
Частина цієї енергії перетворюється в енергію
електричних коливань на виході підсилювача.
Генератор з незалежним збудженням
вимагає для своєї роботи, крім джерела живлення,
ще й окремого джерела підсилюваних
коливань — джерела збудження. Потужні
коливання на виході такого генератора утворюються
з постійного струму, вбираючи його енергію.
Автогенератор не потребує для свого
збудження зовнішнього джерела коливань. Він
сам створює коливання, тому його й
називають генератором із самозбудженням. Такі
генератори зустрічаються не тільки в
радіотехніці, ми повсякденно зустрічаємося з ними
в побуті. Ось, наприклад, звичайний годинник.
Це — теж генератор з самозбудженням. У
годиннику є три основних вузли: пружина,
зубчастий механізм і баланс (маятник).
Пружина — джерело живлення, яке виконує ті
самі функції, що й батарея або випрямляч
в електронному генераторі електричних
коливань. Призначення зубчастого механізму —
передати енергію від пружини до
годинникових стрілок. Але цього замало. Важливо, щоб
стрілки рухалися з певною сталою швидкістю.
Для цього потрібний маятник.
Годинниковий маятник — приклад
механічної коливальної системи. Маятник робить
коливання, частота яки!х залежить від його
розмірів і пружних властивостей. З
допомогою спеціального спускового механізму він
керує рухом стрілок, підтримує сталість їх
швидкості.
В електронному генераторі перетворенням
енергії відає транзистор або електронна
лампа, а роль маятника відіграє коливальний
контур.
В основі дії автогенератора — зворотний
зв’язок. Звернімось до його схеми. Як бачимо,
від схеми звичайного резонансного
підсилювача вона відрізняється однією тільки
деталлю: в ній є коло зворотного зв’язку. Завдяки
взаємній індуктивності між котушкою
анод45

ного контура Ь і котушкою зворотного зв’яз-
ку Ьзв з частина енергії електричних
коливань з виходу підсилювача повертається на
його вхід. Отже, потреби в окремому джерелі
підсилюваних коливань немає. Генератор сам
себе збуджує. Важливо тільки, щоб коливання
поверталися з анода на сітку в фазі, тобто
збігалися з вихідними. Так, розгойдуючи
гойдалку, треба правильно вибрати момент для
поштовху.
Припустімо, ми увімкнули генератор, а ко~
ливань немає. В цьому разі треба підсилити
зворотний зв’язок, а може — поміняти
місцями кінці котушки зворотного зв’язку.
Процес самозбудження можна пояснити так.
Вимкнемо котушку зворотного зв’язку й
увімкнемо в сітку джерело підсилюваних коливань.
Тоді, коли анодний контур настроєний на
частоту коливань, пристрій працюватиме як
звичайний підсилювач. Позначимо
коливальну напругу на вході £/вх, на виході *7ВИХ. Ми
знаємо, що відношення &шхіивх є коефіцієнт
підсилення. Можна дібрати число витків
котушки зворотного зв’язку і відстань між
котушками так, щоб індукована в ній напруга
якраз дорівнювала 27вх. У цьому разі
відношення £/вх/£/вихназивається коефіцієнтом
зворотного зв’язку.
Якби ми могли на мить зупинити час і,
вимкнувши джерело підсилюваних коливань,
увімкнути замість нього котушку зворотного
зв’язку, то в роботі генератора нічого не
змінилося б: на вході лампи, як і раніш,
збереглася б напруга *7ВХ, а на виході £/вих.
Коефіцієнт зворотного зв’язку має бути
більшим за певну величину, при якій енергії,
що надходить на вхід лампи, досить для того,
щоб підтримувати в контурі незатухаючі
коливання. Цю умову можна сформулювати
так: добуток коефіцієнта підсилення на
коефіцієнт зворотного зв’язку не може бути
менший за одиницю.
Наші міркування мають один недолік: нам
потрібно було зупинити час, що явно не в
наших можливостях. За рахунок чого ж
виникають і підтримуються коливання?
Ми часто застосовуємо термін постійний
струм. Насправді ж постійного струму,
строго кажучи, не існує. Причина — флуктуації
(шуми). Струм весь час зазнає змін, які зовсім
малі, а проте кожна з них — хоч і
мікроскопічний, але цілком відчутний стрибок струму.
Постійний анодний струм лампи тече через
котушку індуктивності коливального контура.
Кожний стрибок струму, хоч би який малий
він був, викликає стрибок напруги в котушці
індуктивності. В результаті в коливальному
контурі виникають вільні затухаючі
коливання. А раз у контурі з’явились коливання, то
через коло зворотного зв’язку вони неминуче
потраплять на сітку лампи і, підсилившись,
повернуться в контур. Тепер уже коливання
існують, і їх амплітуда весь час наростає за
рахунок енергії, яку постачає джерело
живлення.
Коли б залежність між напругою на сітці
лампи й анодним струмом була лінійною, то
амплітуда коливань поступово зросла б до
нескінченності. Але вольт-амперна
характеристика лампи нелінійна. У верхній частині
вона, як ми знаємо, викривлюється і
проходить майже горизонтально. Оця нелінійність
характеристики і обмежує зростання
амплітуди коливань.
«Трудовий паспорт» автогенератора
Автогенератори відрізняються потужністю й
діапазоном хвиль, в якому вони генерують
коливання. Є інфразвукові генератори, що
виробляють коливання з частотами в частки й
одиниці герців. Дуже поширені звукові
генератори, які можна перестроювати в усьому
діапазоні низьких частот, що їх сприймає наш
слух. У гідроакустиці застосовують
ультразвукові генератори на частоти в десятки
й сотні кілогерців. Потужності таких
генераторів нерідко досягають кількох десятків
кіловат.
У транзисторних і лампових генераторах
застосовують не тільки звичайні коливальні
контури, що складаються з конденсаторів
і котушок індуктивності, а й інші типи
електричних та електромеханічних коливальних
систем. От, наприклад, наручний камертонний
годинник «Слава». Основним вузлом у нього
є надмініатюрний генератор. Досі ми говорили
46

про годинник як про аналог зручної
механічної моделі генератора. А тут уже не модель,
а справжнісінький автогенератор на
транзисторі. Крихітної батарейки досить, щоб
живити цей генератор протягом майже цілого
року. Коливальною системою генератора
годинника «Слава» є камертон. Це
електромагніт, що приводиться в коливальний рух
енергією батарейки і підтримує хід годинникового
механізму з досить високою точністю.
Зупинимося на одній з найважливіших
характеристик генератора, яка набула особливої
ваги в наші дні. Йдеться про стабільність
частоти коливань.
На світанку розвитку радіотехніки точність,
з якою підтримувалась сталість генерованої
частоти, не мала великого значення. В ефірі
було ще вільно, і радіопередавачі майже не
заважали один одному. При цьому будова
лампового передавача навіть великої
потужності була нескладна: це був генератор із
самозбудженням. Від автогенератора в такому
передавачі вимагалась максимально можлива
потужність. Що ж до стабільності, то вона
була зовсім невисокою. Адже при великій
потужності контур генератора прогрівався
струмом; зміна температури контура
спричинювала відхилення його власної частоти, отже,
і частоти генерованих коливань.
Примирити суперечливі вимоги великої
потужності і високої стабільності (тобто малих
виходів частоти) неможливо. Тому в сучасних
радіопередавачах автогенератор роблять дуже
малопотужним, а потрібної вихідної
потужності досягають застосуванням послідовного
ряду дедалі потужніших підсилювальних
каскадів.
Стабільність частоти коливань найчастіше
характеризують у відносних одиницях. Нехай,
наприклад, частота генерованих коливань
становить 1 МГц, а вихід частоти в процесі
експлуатації — 1 Гц. Тоді, щоб
охарактеризувати стабільність автогенератора, ділять вихід
частоти (1 Гц) на її номінал (1 МГц). В даному
прикладі виходить одна мільйонна (0,000001,
або 10“6). Треба відмітити одну усталену
термінологічну недоладність: одержане число
виражає нестабільність, тобто величину, за
своїм значенням протилежну стабільності.
Говорячи про стабільність, насправді
називають значення нестабільності. Ясно, що число
10-12 менше від числа 10_6. Тим часом
кажуть, що 10~12 — більш висока стабільність,
ніж 10-6. На жаль, це звичка, якої радіоспе-
ціалісти ніяк не можуть позбутися.
Ми назвали наздогад кілька чисел. А яка
стабільність характерна для сучасних
генераторів? Перш ніж відповісти на це питання,
треба зробити застереження. Значення
стабільності залежить від часу роботи генератора.
Чим довше працює генератор, тим загалом
більший вихід частоти, тобто нижча
стабільність. Тому розрізняють стабільність від
хвилини до хвилини (хвилинну), від години до
години (годинну), від доби до доби (добову),
від місяця до місяця (місячну), від року до
року (річну) і т. д.
Періодично генератор підстроюють за
еталоном частоти коливань. При цій умові
стабільність сучасного радіомовного передавача
протягом усього часу експлуатації не гірша
за 10-5. Багато це чи мало? У більшості
галузей науки і техніки 10-5, або одна тисячна
процента,— точність казково висока. Для
радіоелектроніки ж це аж ніяк не рекорд, а дуже
посередній результат. Нині звичайною стала
в мільйон разів вища стабільність. Так, для
радіолокаційного дослідження планети Вене-
ра треба забезпечити стабільність частоти за
час експерименту близько 10“и.
Чому ж змінюється частота генерованих
коливань? Мабуть, основний дестабілізуючий
фактор — коливання температури. Із зміною
температури навколишнього середовища, а
також у процесі самопрогрівання при роботі
генератора параметри його деталей
змінюються. Наприклад, зазнає температурного
розширення або стиснення провід, яким намотано
контурну котушку. Отже, індуктивність
котушки збільшується або зменшується, що
спричинює відповідне відхилення частоти
контура.
Ємність конденсатора в коливальному
контурі також залежить від температури. Адже
ізолятор, що розділяє його пластини, зазнає
температурної деформації. Змінюється і
діелектрична проникність ізолятора. Щоб
зменшити температурну нестабільність, добирають
температурні коефіцієнти індуктивності і
ємності так, щоб вони компенсували один
одного. Цей процес називається температурною
компенсацією, або термокомпенсацією.
У тих випадках, коли треба якнайбільше
ослабити вплив температури, термокомпенса-
ції не досить. Тоді застосовують термостату-
вання. Коливальне коло генератора (а коли
генератор на транзисторах, то й весь цілком)
вміщають у камеру термостата, всередині
якої з допомогою спеціального підігрівника
й терморегулюючого пристрою підтримується
47

стала температура. Звичайно, слово «стала»
умовне. Температура всередині камери все ж
змінюється, але в строго заданих межах, дуже
невеликих. У простих термостатах
температура змінюється на десяті частки градуса,
а в особливо точних — прецизійних — на
тисячні.
Другий важливий дестабілізуючий фактор —
відхилення живильних напруг від початкової
величини. Із зміною напруги джерела
живлення змінюється режим роботи генераторної
лампи або транзистора. В результаті стають
іншими міжелектродні ємності, а також
фазові зрушення в колі автогенератора. Усе це
теж спричинює зміну частоти генерованих
коливань.
На параметри коливального кола, крім того,
впливають вологість, атмосферний тиск,
механічні поштовхи та вібрації. Позначається
і старіння елементів схеми. З часом
змінюються параметри деталей, лампи втрачають
емісію (зменшується число електронів, які
випромінює катод) і т. д.
При конструюванні генераторів вживають
заходів проти впливу дестабілізуючих
факторів. Про термостатування ми вже згадували.
Широко використовують також стабілізацію
живильних напруг з допомогою електронних
стабілізаторів.
Дуже великого значення в радіотехніці
набула так звана кварцова стабілізація частоти,
що використовується в більшості сучасних
радіопередавачів. А останнім часом в особливо
стабільних радіопристроях почали
застосовувати квантові генератори.
Про кварцові генератори та квантові
генератори сантиметрових і міліметрових хвиль —
мазери — ми поговоримо докладніше.
Найточніший у світі
Одиниця частоти коливань — герц —
нерозривно зв’язана з одиницею часу — секундою.
Тому вимірювання частоти коливань
немислиме без вимірювання часу. І те, і те треба
робити з однаковою точністю.
Ми звикли до сигналів точного часу, які
регулярно передаються по радіо. Але радіо не
обмежується тут роллю інформатора. Воно
і найточніше джерело, і найпричепливіший
замовник точного часу.
Для наукових досліджень іноді треба
відлічувати час з точністю до тисячних часток
секунди й того менше. На частку секунди
раніше чи пізніше від потрібного моменту
вимкнеться ракетний двигун — і космічний
корабель відхилиться від заданої траєкторії
на багато кілометрів.
Як же узнають точний час?
За одиницю часу здавна приймають добу,
бо вона має певну тривалість і регулярно
повторюється. Протягом доби земна куля
робить один оберт навколо осі. Отже, Земля —
своєрідна годинникова стрілка, що відлічує
час з високою точністю. За її показами
стежать астрономи.
Мало тільки узнати точний час, треба ще
зберегти його від спостереження до
спостереження. Точний час має чимало ворогів. Це
і коливання температури, і перепади
атмосферного тиску, і зміна вологості, і просто
механічні впливи — поштовхи, вібрації,
прискорення. Знаючи ворогів, учені й
конструктори почали шукати засобів боротьби з ними.
У годинника, за яким перевіряють час між
астрономічними спостереженнями, маятник
зроблений із спеціального сплаву — інвару,
що в перекладі з латинської означає
«незмінний». Довжина такого маятника, а значить,
і частота, з якою він коливається, майже не
залежать від температури. Щоб на хід цього
годинника не впливав атмосферний тиск, його
маятник вмістили в циліндр, з якого потім
відкачали повітря. А щоб усунути найменші
поштовхи, годинник опустили глибоко під
землю у спеціальні бетоновані підвали.
Покази годинника передають по проводах у
вигляді імпульсів електричного струму, так що на
самий годинник дивитися зовсім не треба.
Завдяки всім цим заходам точність
годинника — хранителя часу — дуже висока: за добу
він іде вперед або відстає лише на тисячну
частку секунди. Але й така точність тепер
недостатня: в астрономії, геофізиці та інших
науках потрібний значно точніший годинник.
А можливості механічного годинника
обмежені.
Тоді стала до роботи електроніка. Був
створений так званий кварцовий годинник. У
ньому ви не знайдете ні пружини, ні гир, ні
розміреного коливання маятника. Як же він
діє?
У природі є чудовий мінерал — кварц. Він
зустрічається у вигляді піску, гальки та
красивих багатогранних кристалів. Один з
різновидів кристалічного кварцу — прозорий, як
джерельна вода, гірський кришталь. Кварц
відзначається своєю міцністю і твердістю —
твердіші за нього тільки алмаз, корунд і
топаз. Крім того, кварц майже не розширяється

при нагріванні і не піддається діянню
більшості кислот. Та, мабуть, найцікавіша
властивість кристалів кварцу полягає ось у чому.
Якщо кварцовий кристал помістити між
двома металевими пластинками —
електродами — й під’єднати їх до електрометра —
приладу для виявлення електричного заряду, то
стрілка електрометра відхилиться. Отже, при
стисканні на гранях кристала виникають
електричні заряди. І навпаки, якщо приєднати
електроди до джерела живлення, то кристал
деформується — стиснеться або розтягнеться,
залежно від того, на якій його грані
зосередилися позитивні заряди і на якій — негативні.
Цю властивість кварцових кристалів назвали
п’єзоелектричним ефектом («п’єзо» по-грецьки
значить «здавлюю», «стискаю»).
Завдяки п’єзоелектричним властивостям
пластинка, вирізана з кристалічного кварцу,
може перетворювати електричну енергію в
механічну, а механічну —в електричну.
Кварцова пластинка, подібно до пружних
тіл (камертона, струни, пружини й т. п.), має
власну частоту, з якою вона коливається
після поштовху. Власна частота пластинки
залежить від її форми, розмірів, маси. Якщо
ударити по пластинці, вона почне
коливатися, на її електродах з’явиться змінна
електрична напруга. Якщо замкнути електроди
провідником, то ним потече змінний струм,
чия частота дорівнює власній частоті
пластинки.
Ясно, що розмах коливань поступово
зменшуватиметься внаслідок втрат енергії на
тертя, випромінювання ультразвуку в
навколишнє середовище тощо. Та коли ввімкнути
кварцову пластинку в коло автогенератора,
вона поводитиметься як електричний
коливальний контур. Втрати енергії
поповнюватимуться за рахунок джерела живлення
транзистора або лампи, виникне стала генерація.
Оскільки кварц добре протистоїть механічним
впливам, не піддається окисленню, дії вологи
і при зміні температури його розміри майже
не змінюються, власна частота кварцової
пластинки зберігає сталість з високою точністю.
Якщо пластинку нагріти або охолодити на
один градус, то її власна частота зміниться
лише на кілька десятитисячних, а іноді і
стотисячних часток процента.
Кварцову пластинку й використали як
маятник принципіально нового годинника.
Генератор, в якому вона відіграє роль коливального
контура, виробляє змінний струм майже
сталої частоти. Після підсилення цей струм
надходить в обмотку спеціального синхронного
електродвигуна. Швидкість обертання такого
двигуна (число обертів за хвилину) строго
пропорціональна частоті живильного струму.
Оскільки частота майже незмінна, то постійне
і число обертів двигуна за хвилину. З’єднавши
синхронний двигун з механізмом, який
обертає годинникові стрілки, одержали годинник
з добовою похибкою лише в десятитисячну
частку секундні
Кварцовий годинник — складний
електронний пристрій. Кристал кварцу — електричний
маятник — вміщено в термостат, який
підтримує сталість температури з точністю до
тисячної частки градуса; спеціальні стабілізатори
запобігають найменшим стрибкам живильних
напруг; самий годинник схований у глибокому
підвалі. Тільки тоді вдається досягти такої
малої похибки у визначенні часу.
І от, коли астрономи замінили звичайний
годинник кварцовим, виявилась одна цікава
обставина. Найголовніша годинникова
стрілка — наша Земля — відлічувала час зовсім не
з абсолютною точністю! Інакше кажучи,
обертання земної кулі навколо осі відбувається не
строго рівномірно. Тривалість доби
коливається на кілька десятитисячних часток секунди.
Значно більш сталим є період обертання
Землі навколо Сонця (тропічнийрік).У 1956р.
його прийняли як еталон так званого
ефемеридного (рівномірно спливаючого) часу.
Одиниця часу — секунда — в цьому зв’язку
дістала нове визначення.
Колишня секунда (одиниця «всесвітнього
часу», або середнього сонячного часу на
меридіані Грінвіча) становить 786400 доби. Нова
секунда (одиниця ефемеридного часу)
дорівнює 1/з 1566925,9747 рОКу.
Одержання й регулярна перевірка
ефемеридного часу зв’язані з дуже тривалими й
трудомісткими астрономічними спостереженнями.
Тому його використовують лише як еталон
для калібрування всесвітнього часу, який
зручніший при навігації, стеженні за
супутниками та в ряді звичайних «земних»
застосувань.
Обидві секунди — всесвітнього і
ефемеридного часу — втрачають своє значення на
борту космічного корабля, який покинув Землю.
Земним часом незручно користуватися на
Марсі, марсіанським — на Венері. Одне слово,
Земля як абсолютний еталон часу має
непоправний недолік — вона «нетранспортабельна»,
її не візьмеш із собою в космічний політ.
Тут на передній план виступає ще один
49
4 220

час, який дістав назву атомного. Квантовий
генератор дає змогу відтворити одиницю часу
і на Землі, і в якій завгодно точці всесвіту.
Атомний час обходиться без телескопів, не
залежить від погоди. Квантова радіофізика
створила годинник казкової точності: він іде
вперед або відстає на секунду за кілька сотень
років.
Як же побудований такий надточний
годинник, чим він відрізняється, наприклад, від
кварцового? На перший погляд, відмінність
чисто формальна — в генераторі. Але
згадаймо, що кварцовий генератор виробляє
коливання порівняно низьких частот. А лазер
працює в діапазоні світлових хвиль, частота
генерованих ним коливань дуже висока.
Правда, є електронні подільники частоти. їх
завжди застосовують і в кварцовому
годиннику. Так, коли частота кварцової пластинки
100 кГц, а синхронний електродвигун
розрахований на 1 кГц, то частоту вихідних
коливань треба поділити на 100. Для цього
потрібно буде десяток транзисторів. А от коли
виразити в герцах частоту світлових коливань,
то вийде число з тринадцятьма нулями.
Знижувати цю частоту довелося б у десятки
мільярдів разів, до того ж методи ділення частоти
світлових коливань ще не розроблені.
На щастя, «сім’я» квантових генераторів не
вичерпується лазерами. Є ще мазери —
квантові підсилювачі й генератори сантиметрових
та міліметрових радіохвиль. Слово «мазер»
схоже на «лазер» не випадково. Різниця в
першій букві, з неї починається англійська
назва — «мікрохвилі». У перших мазерах,
розроблених у 1952—1955 рр. незалежно в СРСР
М. Г. Басовим та О. М. Прохоровим (Фізичний
інститут Академії наук СРСР) і в США
Ч. Таунсом, Дж. Гордоном і X. Цайгером
(Колумбійський університет), активним
середовищем був аміак.
Уявіть собі резервуар, в якому з допомогою
безперервно діючого вакуумного насоса
підтримується дуже низький тиск (мільйонні
частки міліметра ртутного стовпа). Всередині
цього резервуара і «розгортаються події», тут
розміщено життєві вузли мазера: балон з
аміаком, джерело молекулярного пучка, сортуюча
електростатична система, резонатор. З балона
аміак проникає у джерело молекулярного
пучка — посудину, прикриту капілярною сіткою.
Сітка має безліч найтонших отворів;
проходячи крізь них, молекули аміаку й утворюють
пучок, який іде в електростатичну сортуючу
систему, а з неї — в об’ємний резонатор.
Сортуюча система — це особливий
конденсатор, між обкладками якого діє висока
електрична напруга. Частина молекул аміаку
знаходиться на верхньому енергетичному рівні
(збуджені молекули), частина — на
нижньому. Під впливом електричного поля енергія
збуджених молекул збільшується, а енергія
молекул нижнього рівня зменшується. Це
явище, яке називається квадратичним
ефектом Штарка, властиве тільки деяким газам,
у тому числі аміаку.
Застосувавши відповідну конструкцію
електродів сортуючої системи, вдається поділити
молекули на два потоки. Збуджені молекули,
несучи великий запас енергії, ідуть в об’ємний
резонатор, настроєний на частоту
випромінювання. У даній системі резонатор має частоту
коливань приблизно 23 870 000 000 Гц
(настройки резонатора досягають зміною його розмірів
і форми). Збуджені молекули, звільняючись
від надлишку енергії, викликають у
резонаторі електромагнітні коливання. Такий мазер
назвали молекулярним генератором.
У кварцовому генераторі частота коливань
майже цілком визначається власного частотою
п’єзоелектричної пластинки, тобто макроси-
стеми, яка піддається безлічі впливів. її
частота залежить від температури (звідси
потреба в термостаті), вологості й атмосферного
тиску (доводиться вдаватись до
герметизації) і т. п.
У молекулярному генераторі процеси
відбуваються на квантовому рівні: молекула —
мікросистема, яка не піддається таким
впливам. У змаганні з кварцом переваги на боці
молекули, крім одного: кварцові генератори
незрівнянно простіші.
Як же примусити мазер обертати
годинникові стрілки?
Можна ділити частоту до потрібного
значення. Але мазер генерує коливання надвисокої
частоти — мільярди герців. Ділити доведеться
в мільйони разів. Можна зробити й інакше.
Взяти кварцовий генератор, частота якого
у певне число (припустімо, у сто тисяч) разів
нижча за частоту мазера. Частоту кварцового
генератора помножити так, щоб одержати
надвисоку частоту, близьку до частоти
індукованого випромінювання.
Отже, є коливання двох близьких частот:
помноженої частоти кварцу і частоти
квантового генератора. Остання відзначається
надзвичайно високою стабільністю, проте
незручна для практичної реалізації. От якби частота
кварцу втратила самостійність, була прив’яза-
50

на до частоти молекули! Тоді стійкість частоти
у кварцовому генераторі була б такою ж, як
і в квантовому. Стійкість, сталість — квантові,
а частота порівняно низька — кварцова.
Такого поєднання досягають з допомогою
системи автопідстроювання. Між помноженою
частотою кварцового генератора і частотою
мазера є якась різниця. Якщо скласти
коливання з цими частотами, то утворюються
биття: амплітуда сумарних коливань
пульсує; вона то зростає, то знижується. Частота
цих пульсацій — частота биттів дорівнює
різниці частот складаних коливань. Биття пере-,
творюються в керуючий сигнал, наприклад
у постійну електричну напругу. Чим вища
частота биттів, тим більша ця напруга. При
збігові частот коливань частота биттів
дорівнює нулю. При цьому напруга теж дорівнює
нулю.
Із джерелом керуючої напруги з’єднаний
електродвигун, який через знижувальну
зубчасту передачу обертає ротор конденсатора
змінної ємності. Конденсатор, у свою чергу,
під’єднаний до генератора з кварцом і в
невеликих межах змінює його частоту.
Система автопідстроювання відрегульована
так, що рівновага настає тоді, коли частота
биттів дорівнює нулю. При цьому частота
мазера точно кратна частоті кварцового
генератора. Досить частоті кварцу трохи вийти,
як биття перестануть бути нульовими,
з’явиться керуюча напруга, електродвигун поверне
ротор конденсатора, і частота повернеться до
попереднього значення.
Тепер, коли частота кварцу під надійним
контролем, можна подати його коливання, як
у звичайному кварцовому годиннику, в
електронний пристрій для вимірювання часу. В
результаті виходить квантовий годинник з дуже
великою точністю.
Нині розроблено й інші типи мазерів, серед
них атомні генератори на цезії. Англійський
вчений Ессен, удостоєний золотої медалі
ім. О. С. Попова, створив цезієвий еталон часу
«Атоміхрон».
Частота індукованого випромінювання
атомів цезію дорівнює 9 192 631 770 ±20 Гц.
Відповідно «атомна» секунда становить 9 192 631 770
періодів такого коливання, образно кажучи,
стільки разів «хитнеться» цезієвий «маятник»
протягом секунди.
Недавно створено квантові генератори,
в яких активним середовищем є водень. У
годиннику з такими генераторами помилка на
одну секунду станеться за кілька десятків
тисячоліть. Частота водневого генератора, як
виявилось, дорівнює 1 420405 751,800 ±0,028 Гц.
До цього генератора перейде роль
абсолютного еталона часу. А поки що в обігу три
секунди: всесвітнього, ефемеридного й атомного
часу. Різниця між ними — близько мільйонної
частки процента. Звичайно, таке тривладдя
не може тривати дуже довго: воно зв’язане
з великими незручностями для вчених.
Генератори з надвисокою стабільністю
частоти потрібні як еталони там, де лік іде на
мільярдні частки секунди, грама, мікрона.
Можливість точного вимірювання часу в
ядерній фізиці вже дозволила зробити ряд
фундаментальних відкриттів. Для вимірювання не
тільки в точних наукових дослідженнях,
а й у ряді галузей масового виробництва тепер
уже не можна користуватися приладами з
точністю до десятих часток мікрона. А саме ця
точність являла собою найвищий рівень, який
ще кілька років тому могли забезпечити
найкращі еталони.
У жовтні 1960 р. в Парижі було скликано
XI Генеральну конференцію з мір і вагів. Ця
конференція узаконила новий еталон
довжини, його основа — квантовий генератор, де
робочим тілом є газ криптон. Квантовий
генератор має дуже високу стабільність частоти,
отже, і високу стабільність довжини хвилі.
І саме довжина хвилі криптонового квантового
генератора використовується для
вимірювання довжини з точністю вже не до десятих,
а до тисячних часток мікрона. Кожний, хто
був у Павільйоні стандартизації на Виставці
досягнень народного господарства, напевно
звернув увагу на серію досить складних навіть
на зовнішній вигляд електронних приладів,
які утворюють найновіший комплекс еталона
довжини з квантовим генератором.
Високостабільний генератор може стати
основою багатьох контрольних і
вимірювальних приладів. Такий генератор життєво
потрібний у складних системах космічної
навігації, локації, зв’язку, в системах керування
ракетами й супутниками.
ПЕРЕД ДАЛЕКОЮ ДОРОГОЮ
Трохи історії
Для радіопередавача характерні два основних
фізичних процеси: генерування електричних
коливань і керування ними з метою одержати
потрібні радіосигнали.
Перед тим як вирушити в далеку дорогу,
51
4*

електромагнітні коливання проходять
серйозну підготовку. Народившися в автогенераторі
й набувши потужності в підсилювачі, вони ще
обробляються в модуляторі. І тільки по тому,
ставши осмисленим сигналом, потрапляють
в антену.
Основа радіопередавача — генератор,
призначений, як ми вже знаємо, перетворювати
енергію постійного струму або змінного
струму промислової частоти (50 Гц) в енергію
високочастотних коливань.
Другою важливою частиною радіопереда-
вального пристрою є маніпулятор (у
телеграфних передавачах) або модулятор (у
телефонних і телевізійних передавачах), який керує
амплітудою, частотою або фазою
високочастотних коливань за законом передаваного
сигналу.
Розглянемо схему одного з перших
передавачів, побудованих О. С. Поповим. В її основу
покладено вібратор Герца. У первинне коло
індукційної котушки 4 послідовно з
телеграфним ключем 2 і переривником З ввімкнута
електрична батарея 1. Вторинна обмотка
котушки навантажена на іскровий розрядник 5.
Крім того, до одного з її кінців приєднана
антена, а другий заземлений. Коли натиснути
на ключ, у первинній обмотці котушки
виникає переривчастий струм. Завдяки
електромагнітній індукції у вторинній обмотці, яка має
значно більше число витків, збуджуються
імпульси високої напруги. Антена, маючи певну
власну ємність, заряджається цими
імпульсами доти, поки напруга на вторинній обмотці
не буде достатньою, щоб пробити іскровий
проміжок. В результаті пробивання іскровий
проміжок замикається і в антені, що являє
собою найпростіший коливальний контур,
виникають затухаючі електричні коливання.
Частота цих коливань визначається власною
частотою антени. В міру затухання вільних
коливань в антені напруга на вторинній
обмотці падає, поки пробивання не припиниться.
Потім усе повторюється. Генератор,
покладений в основу такого найпростішого
передавача, називається іскровим.
Іскровий генератор має ряд недоліків. Його
потужність визначається енергією, яку
запасає ємність антени при заряді, а також числом
пробоїв іскрового проміжка за секунду. Звідси
ясно, що підвищити потужність можна,
збільшуючи напругу на вторинній обмотці і ємність
антени. Прагнучи збільшити ємність, О. С.
Попов та інші дослідники — його сучасники
поступово подовжували антену. І якщо під час
перших дослідів вони використовували
метрові хвилі, то пізніше радіоконструктори
змушені були перейти на дуже довгі хвилі. Що ж
р,о напруги на вторинній обмотці, то з її
зростанням доводилося збільшувати іскровий
проміжок. Опір проміжку при пробиванні
значно підвищувався, втрати енергії під час
коливального процесу від цього різко
зростали. В результаті коливання швидко затухали.
А сильнозатухаючі коливання
характеризуються широким спектром побічних частот, які
з’являються внаслідок нестаціонарних
процесів. Недивно, що іскрові передавачі
створювали один одному сильні завади. Спроби
удосконалити іскровий генератор привели до
пристрою, схема якого показана на рисунку.
Цей пристрій відрізняється від попереднього
тим, що в ньому є проміжний коливальний
контур СЬ, індуктивно зв’язаний з контуром
антени. Коли натиснути на ключ 1,
електромагнітне реле 2 замикає коло високої напруги.
Конденсатор С проміжного контура
заряджається доти, поки не настане пробій іскрового
проміжка. У цей момент у проміжному
контурі виникають затухаючі коливання. Енергія
з проміжного контура передається в коло
антени, яке має порівняно малі втрати,
оскільки воно не зв’язане безпосередньо з іскровим
проміжком. Ось чому коливання в антенному
контурі затухають повільно. В іскровому
проміжку удосконаленого іскрового генератора є
обертовий розрядник 3, який сприяє
деіонізації газу в іскровому проміжку і своєчасному
припиненню пробивання.
Іскровий генератор, побудований за
описаною ускладненою схемою, створює менше
завад, але й він має великі недоліки. Потужність
такого генератора все-таки обмежена. У
процесі пробивання виділяється велика кількість
тепла, при великих напругах на іскровому
проміжку утруднюється ізоляція. Крім того,
іскровий передавач не придатний для
телефонування, оскільки в ньому
використовуються переривисті затухаючі коливання, а
телефонний сигнал безперервний.
Усі ці недоліки привели до того, що вже
52

в 1916 р. зовсім припинили виготовлення
іскрових передавачів. їх змінили так звані
дугові передавачі.
На відміну від іскрового, дуговий передавач
створює незатухаючі коливання. Дуга
живиться від джерела високої постійної напруги.
6 той же час вона входить послідовно в коло
коливального контура. Для джерела
постійного струму горяща дуга являє позитивний
опір. Дуга має «падаючу» вольт-амперну
характеристику: підвищення напруги на
затискачах дуги супроводиться зменшенням
струму. Тому відносно до коливань радіочастоти
в коливальному контурі дуга поводиться як
негативний опір і може компенсувати затрати
енергії.
Внаслідок інерційності газового розряду
дугові генератори могли задовільно працювати
лише на дуже довгих хвилях. З тієї ж причини
не можна було здійснювати звичайну
телеграфну маніпуляцію — переривати генеровані
коливання відповідно до знаків азбуки Морзе.
Доводилося застосовувати частотну
маніпуляцію — замикати й розмикати частину витків
котушки коливального контура, змінюючи
таким чином індуктивність котушки, а значить,
і частоту коливань. При натисканні на ключ
генерувались коливання однієї частоти, а під
час пауз — іншої.
Недоліками дугового генератора були
недостатня стійкість і надійність.
Дугові передавачі дали змогу здійснити
радіотелефонію. Вугільний мікрофон
вмикався безпосередньо в коло антени й поглинав
частину енергії. Під впливом звукових хвиль
опір мікрофона змінювався, тому змінювався
струм в антені, а значить, і енергія
електромагнітної хвилі. Така модуляція дуже
недосконала. Вугільний мікрофон спотворює
передавані телефонні сигнали. У мікрофоні у вигляді
тепла розсіюється значна частина потужності.
При великих потужностях вугільний порошок
спікається і мікрофон виходить з ладу. Якщо
дугові передавачі для телеграфного зв'язку
будувалися на потужності до сотень і навіть
тисяч кіловат, то потужність при
телефонуванні не перевищувала сотень ват.
Наступним кроком у розвитку радіопереда-
вальних пристроїв стали машинні передавачі,
дія яких грунтується на явищі
електромагнітної індукції. За принципом дії машини високої
частоти не відрізняються від звичайних
електричних генераторів, які виробляють
промисловий струм.
У Росії, починаючи з 1911 р., над
створенням машинних передавачів працював
видатний вчений професор Валентин Петрович Во-
логдін (1881—1953), пізніше чл.-кор. АН СРСР.
Машини Вологдіна виготовляли на потужності
до 600 кВт і частоти порядку 15—20 кГц.
Частоту генерованих коливань можна було
помножувати до 12 разів з допомогою
спеціальних трансформаторів, що працюють у режимі
магнітного насичення і мають нелінійні
властивості. Але й з таким помноженням частота
передавачів не перевищувала 240 кГц, що
відповідає діапазону кілометрових виль. На
гектометрових і декаметрових хвилях
працювати вони не могли. У цьому був їх перший
недолік.
Другий недолік полягав у низькій
стабільності частоти. У машинних передавачах, як
і в дугових, телеграфна маніпуляція
здійснювалась розстроюванням одного з коливальних
контурів. При цьому різко змінювалось
навантаження машини, швидкість обертання її
ротора коливалась, а це спричиняло
нестійкість частоти. І хоча машинні передавачі були
стабільніші за дугові, вони не відповідали
весь час зростаючим вимогам до якості
передачі радіосигналів. До того ж машини високої
частоти були дуже дорогі, виробництво їх
складне. Нарешті, вони, як і всі їх
попередники, були мало придатні для радіотелефонії.
Ось чому машинні передавачі поступилися
місцем перед ламповими.

До тридцятих років лампові передавачі
практично витіснили передавачі інших типів.
У 1922 р. за завданням Леніна була
побудована Московська центральна
радіотелефонна станція потужністю 12 кВт. Ця станція
працювала на хвилі 3200 м і була тоді однією
з найпотужніших у світі.
У 1923 р. М. О. Бонч-Бруєвич сконструював
генераторну лампу потужністю 35 кВт з
водяним охолодженням анода. Сучасні потужні
лампи для радіопередавачів побудовані за тим
самим принципом. У 1925 р. з’явилась нова
лампа потужністю вже 100 кВт. Потужне ра-
діобудування впевнено пішло новим шляхом.
Перемога лампових передавачів була
закріплена. Які ж їх основні переваги?
По-перше, вони можуть генерувати
коливання в дуже широкому діапазоні, аж до
надвисоких частот. По-друге, з їх допомогою можна
здійснити всі види модуляції. По-третє,
частота генерованих ними коливань може бути
стабілізована з високим ступенем точності.
Нарешті, вони дають змогу одержувати
потужності в тисячі кіловат. У 1928 р. було
сконструйовано дослідний передавач, що
відзначався високою якістю модуляції і працював
протягом ряду років. У 1929 р. було
споруджено радіостанцію ім. ВЦРПС. її потужність
дорівнювала 100 кВт. Серія таких радіомовних
станцій стала до ладу в різних містах нашої
країни. Нарешті, в 1933 р. почала працювати
надпотужна радіостанція ім. Комінтерну.
Потужний каскад цього передавача складався
з шести окремих генераторних блоків. Сьомий
блок залишався в резерві. Система блоків, що
працювала на загальний коливальний контур,
зв’язаний з колом антени, дала змогу найбільш
ефективно використати велике число
одночасно працюючих кінцевих ламп.
Перший далекий магістральний
телеграфний радіозв’язок на декаметрових хвилях був
здійснений в СРСР у 1924 р. між Москвою
і Ташкентом. Зв’язок провадили телеграфом,
застосовуючи частотну маніпуляцію. Лампи
для короткохвильових передавачів і самі
передавачі розробляли в Нижегородській
радіолабораторії М. О. Бонч-Бруєвич і В. В. Тата-
ринов. У 1932 р. наша радіопромисловість
випустила серію типових короткохвильових
передавачів ДРК-1 потужністю 1 кВт і ДРК-15
потужністю 15 кВт. Ці передавачі могли
працювати як телеграфом, так і телефоном.
Цього ж року почала працювати перша лінія
магістрального телефонного зв’язку, з’єднавши
Москву з Ташкентом.
Невдовзі стала до ладу надпотужна
короткохвильова радіостанція. У ній вперше був
здійснений принцип складання потужностей
в ефірі, запропонований І. X. Невяжським.
Станція складалася з двох передавачів із
спільним збуджувачем. Кожний передавач
працював на свою антену. Антени
розташовували так, щоб зв’язок між ними був
мінімальний. При цьому в місці прийому чутність
зростала так, коли б замість двох передавачів
діяв один, але подвоєної потужності.
В наш час у передавачах, як і в інших
видах радіоапаратури, лампи інтенсивно
витісняють транзистори. Є вже транзисторні
передавачі з потужністю понад 1 кВт. Більших
потужностей поки що не вдається одержати,
бо ще не створені відповідні транзистори.
Зазирнемо всередину передавача
Перші лампові передавачі виготовляли за
схемою генератора із самозбудженням. Сучасні ж
радіопередавальні пристрої здебільшого
побудовані за схемами незалежного збудження.
Річ у тому, що найпростішим однокаскадним
передавачам властиві істотні вади. Автогене-
ратори великої потужності не можна зробити
стабільними, оскільки деталі розігріваються
сильними струмами. Антена, безпосередньо
зв’язана з контуром однокаскадного
передавача, справляє на частоту генерованих коливань
помітний вплив. При коливанні антени, при
зміні метеорологічних умов ємність її теж
змінюється; ця зміна позначається на
параметрах коливального контура. В результаті
частота передавача відхиляється від
номінальної. Крім того, в однокаскадних передавачах
не вдається здійснити високоякісну
модуляцію: одночасно із зміною амплітуди
генерованих коливань за законом передаваного
сигналу починає змінюватися частота, а це
спричиняє спотворення.
Ось чому сучасні передавальні пристрої
роблять багатокаскадними. Число каскадів у
передавачах великої потужності, особливо тих,
що працюють на декаметрових хвилях,
досягає десяти й більше. Укрупнена схема такого
передавача складається з задавального
генератора із самозбудженням 1, буферного
каскаду 2, помножувача частоти 3, підсилювача 4,
вихідного каскаду 5, модулятора 6.
Задавальний генератор має дуже малу
потужність, іноді соті частки вата і менші. Він
може бути із звичайними коливальними
контурами або, частіше, з кварцовим резонатором.
54

Буферний каскад має високий вхідний опір
і оберігає задавальний генератор від впливу
коливань навантаження при перебудові
наступних каскадів і при модуляції. У
передавачах декаметрових і коротших хвиль частота
задавального генератора звичайно в кілька
разів нижча за частоту вихідного каскаду, що
диктується міркуваннями стабільності. Тому
в передавачі передбачається один або кілька
помножувальних каскадів.
Підсилювальні каскади служать для
підвищення потужності високочастотних коливань.
У помножувальних каскадах теж відбувається
підсилення, але тут коливальний контур
настроєний не на основну частоту коливань, а на
її другу або третю гармоніку. Режим роботи
вибирають так, що при синусоїдній напрузі
на вході каскаду струм лампи або транздсто-
ра спотворений, несинусоїдний. Такий струм
містить гармоніки, одну з них і виділяють
коливальним контуром, настроєним на цю
гармоніку. Коливання ж інших гармонік
і основної частоти не підсилюються, оскільки
частоти цих коливань далекі від резонансної
частоти.
Вихідний каскад підсилює коливання до
номінальної потужності і передає їх в антену.
Модулятор, як уже згадувалося, формує сигнал.
Передавальні пристрої різної потужності за
своїм конструктивним оформленням дуже
відрізняються один від одного. Малопотужні
передавачі монтують у невеликих настільних
каркасах. Передавачі середньої потужності
(порядку 1 кВт) мають вигляд консольних
стояків (шаф). Передавальні пристрої великої
потужності іноді займають цілий будинок.
Залежно від призначення розрізняють
радіопередавачі стаціонарні, пересувні й
переносні, суднові, авіаційні, супутникові; передавачі
для радіозв’язку, радіо- і
телевізійного мовлення, радіолокації, радіонавігації
та ін.
Діапазон хвиль радіопередавачів вибирають,
виходячи з їх призначення. Наприклад, у
телебаченні застосовують метрові й дециметрові
хвилі, а в радіолокації — дециметрові,
сантиметрові й міліметрові.
Радіопередавачі проектують, керуючись
певними технічними вимогами. В першу чергу
виходять з призначення передавача, його
потужності й діапазону хвиль. Настроювання
радіопередавача на різні довжини хвиль може
бути стрибкоподібним або плавним. У
першому випадку можна працювати лише на
фіксованих, віддалених одна від одної, хвилях,
у другому — на якій завгодно хвилі заданого
діапазону.
Найважливішим якісним показником радіо-
передавального пристрою є стабільність
частоти генерованих коливань, а також точність
установки цієї частоти на номінал. За
нинішніми міжнародними угодами кожній
радіомовній станції відводять певні номінальні
частоти 1 відповідно довжини хвиль. У процесі
роботи частота передавача, як уже говорилось,
може дещо відхилятися від номінального
значення. Зміниться температура в приміщенні,
підвищиться чи, навпаки, знизиться напруга
живильної мережі — і от уже «поповзла»
частота. Допустимі відхилення частоти теж
регламентуються міжнародними угодами. Так,
для передавачів радіомовлення допускається
відхилення частоти від номіналу порядку
тисячних часток процента.
У технічних вимогах звичайно
обумовлюється і коефіцієнт корисної дії передавача, тобто
відношення потужності, яка віддається в
антену, до потужності, яка споживається від
джерела живлення. Чим вищий к. к. д., тим
менше витрачається електроенергії і тим ком-
пактніші джерела живлення. Звичайно к. к. д.
потужних стаціонарних передавачів буває
порядку 30—40%.
У технічних вимогах до радіопередавально-
го пристрою вказано також тип і параметри
антени, допустимий ступінь спотворень
сигналу, максимальний рівень внутрішніх завад
(шуму й «фону» змінного струму), форму
телеграфних посилок, заглушення вищих
гармонічних у вихідній напрузі (гармоніки
створюють завади іншим радіостанціям) тощо.
Висуваються й інші вимоги — конструктивні,
експлуатаційні та економічні. Задаються
найбільші вага і габаритні розміри передавача,
обумовлюється його вартість, передбачаються
певні зручності в керуванні, огляді й ремонті.
Нарешті, важливе місце займають вимоги
техніки безпеки. В сучасних радіопередавачах
широко застосовують блокування високих
напруг і автоматичну сигналізацію, які
гарантують безпеку персоналу.
55

Модуляція
Коливання, створені в генераторі, завдяки
модуляції стають осмисленими, перетворюються
в радіосигнали.
Ми щойно розглянули спрощену схему ра-
діопередавального пристрою. Але це лиш один
з можливих варіантів, використовуваний при
амплітудній модуляції, коли амплітуда
генерованих коливань змінюється відповідно до
передаваних звукових коливань. Щоб передати
мову, музику або інші звуки по радіо, їх треба
якось перетворити в коливання електричного
струму. Для цього потрібний мікрофон.
Найпростіший мікрофон — прилад, що
перетворює звукові хвилі в електричні
коливання,— складається з корпуса, схожого на
невелику металеву чашку, графітової
пластинки — мембрани, яка прикриває цю чашку,
ізольованого контакта, вмонтованого в корпус,
і вугільного порошку, що заповнює простір
між мембраною і контактом.
Якщо між ізольованим контактом і
корпусом мікрофона ввімкнути електричну
батарею, то через вугільний порошок потече струм.
Він залежатиме від того, наскільки стиснутий
порошок. Сипка вугільна маса, що
складається з безлічі крупинок, чинить великий опір
струмові. Коли натиснути на мембрану, то
порошок ущільниться, його крупинки тісніше
зімкнуться і їх опір зменшиться. А від опору
кола залежить величина струму: чим менший
опір, тим більший струм. Періодично
натискуючи на мембрану, можна змінювати опір
вугільного порошку, а значить, і струм, який
проходить через мікрофон. Те саме
відбувається, коли на мікрофон тиснуть звукові хвилі.
Зустрічаючи мембрану, вони розгойдують її,
примушують коливатися. При цьому і струм
у колі мікрофона теж починає пульсувати
відповідно до звукових коливань. Так звук
перетворюється в коливання струму. Але електрич-
и
ні коливання звукової частоти можна
безпосередньо передавати на значну відстань тільки
по проводу. Отут-то і вдалися до амплітудної
модуляції.
Коли придивитися до лінії, яка огинає
вершину радіочастотних коливань, що їх створює
амплітудно-модульований радіопередавач, то
легко впізнати в ній давню знайому — криву
пульсацій струму, який тече через мікрофон,
коли на мембрану тиснуть звукові хвилі.
У такому передавачі на модулюючий каскад
одночасно з радіочастотними коливаннями
надходять коливання звукової частоти від
мікрофона. Високочастотні коливання,
підсилюючись, «розгойдують» коливальний контур,
бо він настроєний точно на їх частоти.
Коливання звукової частоти змінюють підсилення
каскаду, а значить, і амплітуду радіочастотних
коливань у контурі. Поки диктор мовчить,
амплітуда коливань не змінюється, але досить
йому вимовити слово — і амплітуда коливань
почне збільшуватися і зменшуватися
відповідно до характеру звуку.
Амплітудна модуляція має серйозні вади.
Потужність передавача погано
використовується: передавач може давати потужність, що
відповідає максимальній амплітуді
високочастотної напруги, а фактично амплітуда майже
весь час значно менша і тільки на короткі
хвилини досягає максимуму. Тим часом
потужність пропорціональна квадрату напруги...
Ось чому при телефонній передачі з
амплітудною модуляцією потужність
радіопередавача в кілька разів менша, ніж при передачі
телеграфних сигналів. Крім того, амплітудна
модуляція не досить стійка по відношенню до
всякого роду радіозавад — від інших
радіостанцій, грозових розрядів, різних
електроустановок тощо. Завади спотворюють обвідну
амплітудно-модульованих коливань,
викликають появу на ній викидів і западин, які при
прийомі сприймаються як тріск або гучне
клацання.
Але амплітудна модуляція має і перевагу:
смуга частот, яку передавач займає в
діапазоні радіочастот, порівняно вузька. Найбільше
переущільнені найвужчі діапазони —
кілометрових, гектометрових і декаметрових хвиль.
На цих діапазонах і панує амплітудна
модуляція.
А на метрових і дециметрових хвилях
пальма першості належить уже частотній
модуляції. Передачі радіомовних станцій і звуковий
супровід телевізійних передач у цих
діапазонах ведуться тільки з частотною модуляцією.
56

и
Як випливав із самої назви «частотна
модуляція», в цьому випадку за законом
передаваних сигналів змінюється не амплітуда
високочастотних коливань, а їх частота. Це
дає змогу піднести потужність передавача до
максимального рівня і, що найважливіше,
набагато підвищити завадостійкість.
У передавачі радіомовлення з амплітудною
модуляцією для модуляції служить потужний
підсилювач звукової частоти. Потужність його
досягає іноді потужності вихідного каскаду
передавача. При частотній модуляції
потужність модулятора мала. Модулятор у цьому
випадку діє на задавальний генератор,
змінюючи частоту генерованих у ньому коливань
відповідно до звукового сигналу.
Амплітуда коливань в антені передавача не
змінюється, обвідна являє собою
горизонтальну пряму лінію. Дія завад, які накладаються
на сигнал, тепер значно менша, ніж при
амплітудній модуляції. У приймачі частотно-
модульованих коливань є спеціальний
пристрій — обмежувач амплітуди, який зрізує
викиди на обвідній, так що вона залишається
горизонтальною, якою була й у передавачі.
Діапазон метрових хвиль набагато
просторіший за звичайні мовні діапазони. Більш
широка смуга частотно-модульованих коливань
тут не тільки не шкідлива, а й дає певну
перевагу. Адже чим ширша смуга звукових
коливань, тим природніше звучить музика,
тим вищі акустичні якості передачі.
Імпульс за імпульсом
Передавачі дециметрових і сантиметрових
хвиль часто працюють в імпульсному режимі,
характерному, наприклад, для радіолокаторів.
У цьому разі немає безперервного
випромінювання коливань; електромагнітна енергія
випромінюється у вигляді дуже коротких
імпульсів, які чергуються із значно довшими
паузами. Тривалість імпульсу найчастіше
вимірюється частками або одиницями мікросе-
кунд. Тривалість паузи між імпульсами —
мілісекундами.
Часто форма імпульсу близька до
прямокутної.
На рисунку Т — період повторення імпульсів.
Відношення періоду повторення до тривалості
імпульсу називають шпаруватістю. Величина,
обернена періодові повторення, називається
частотою повторення імпульсів. Звичайно ця
частота становить 100—1000 Гц. Нарешті,
частота коливань, випромінюваних під час
імпульсу, називається частотою заповнення.
Хоч імпульси заповнені коливаннями однієї
частоти, імпульсний сигнал займає в
радіодіапазоні досить широку смугу. При цьому
чим коротший імпульс, тим ширший спектр
коливань передавача.
Робота імпульсами має свої особливості.
Більшу частину часу потужний підсилювач
радіочастоти замкнутий. Він відкривається
тільки на час імпульсу. Уявімо собі, що в цей
час передавач розвиває в антені потужність
и
57

Опорний Імпульс
і
100 кВт. Для живлення звичайного передавача
такої потужності потрібний громіздкий
випрямний пристрій. У випадку імпульсного
передавача такий пристрій використовувався б
непродуктивно — перерви в роботі в сотні
й тисячі разів перевищували б час корисної
дії. В імпульсному передавачі теж є
випрямляч, але порівняно малопотужний. Але
працює він безперервно. Під час пауз енергія
надходить у спеціальний пристрій — нагрома-
джувач.
Потужність в імпульсі 100 кВт передавач
розвиває за дуже короткий робочий час.
Середня ж потужність (1 кВт) рівномірно
розподілена і на роботу, і на «відпочинок». Отже,
відкладаючи поступово, можна зібрати (а потім
зразу витратити!) великий запас енергії.
У радіолокаторах коливання
випромінюються як послідовні імпульси. Ці імпульси —
близнята. Вони однакової амплітуди,
однакової тривалості, з’являються через однакові
проміжки часу.
У пристроях багатоканального радіозв’язку
використовується імпульсна модуляція, при
якій імпульси вже не повторюють один
одного. Послідовність імпульсів можна модулювати
за амплітудою, за тривалістю й за частотою
повторення. Існує ще й так звана кодово-
імпульсна модуляція.
Рисунок ілюструє картину коливань при
амплітудно-імпульсній модуляції. Тут, як і при
звичайній амплітудній модуляції, обвідна
коливань відбиває закономірності передаваного
звуку. Легко догадатися, що недоліки
амплі3.
тудної модуляції в цьому разі залишаються.
У приймачі неможливо застосувати
обмеження, оскільки носієм інформації є амплітуда
коливань. Отже, при амплітудно-імпульсній
модуляції шкідливий вплив завад великий.
Більш високою завадостійкістю
відзначається широтно-імпульсна модуляція. Тут за
законом звукових коливань змінюється тривалість
(ширина) імпульсів. Амплітуда при цьому
вже не має значення. Отже, у приймачі, як
і при частотній модуляції, можна застосувати
обмежувач.
При фазо-імпульсній модуляції тривалість
імпульсів постійна, а змінюється час їх появи.
У багатоканальних радіорелейних лініях
широко застосовується так зване часове
ущільнення. Суть його така. З частотою повторення,
припустімо, 8 кГц передається послідовність
опорних імпульсів — своєрідних позначок.
Кожний опорний імпульс, щоб його можна
було відрізнити, роблять не таким, як інші
імпульси, що відповідають передаваним
сигналам, наприклад він поділений на два дуже
коротких і близько розташованих імпульси.
Знаючи частоту повторення, легко
розрахувати і період повторення опорних імпульсів Гоп»
зокрема в даному конкретному випадку він
дорівнює 125 мкс. Інтервал між двома
сусідніми опорними імпульсами розбитий на
проміжки, число яких відповідає числу каналів,
наприклад 24, і в кожному з цих проміжків
часу передається робочий імпульс одного
з каналів.
Кожний імпульс із цієї серії входить у свою
послідовність. Скільки послідовностей, стільки
сигналів можна передавати одночасно. В
даному прикладі — 24 послідовності, не рахуючи
опорних імпульсів. Отже, лінія забезпечує
24 незалежних канали радіозв’язку.
Найбільш ефектний вид модуляції на СВЧ —
кодово-імпульсна. Передаваний сигнал
поділимо на ряд рівнів. Такий процес називається
квантуванням сигналу за рівнем. Кожному
58

рівневі присвоюється своя певна комбінація
імпульсів.
Нехай ми розбили сигнал на чотири рівні.
Тоді можна обійтися послідовністю подвійних
імпульсів. Найвищому рівневі відповідає,
наприклад, посилка обох імпульсів, другому
згори — лівого імпульсу, другому знизу — правого
і, нарешті, нижньому — відсутність імпульсів.
Отже, із зміною модулюючої напруги антена
передавача випромінюватиме то подвійний
імпульс, то одиночний, зміщений вліво, то
одиночний, зміщений вправо, то взагалі ніякого.
На практиці звичайно використовують
комбінацію не з двох імпульсів, а з п’яти чи семи.
П’ять імпульсів дають змогу квантувати
сигнал на 32 рівні, а сім — на 128.
Кодово-імпульсна модуляція відзначається
високою завадостійкістю — втрата інформації
може бути лише в тому разі, коли завада
«зітре» один з імпульсів або створить
несправжній імпульс.
УВАГА, ПЕРЕХОДЖУ НА ПРИЙОМ!
Як працює радіоприймач
На шляху від мікрофона радіостанції до
гучномовця звук двічі перетворюється.
Спочатку — в радіосигнал, який може долати
величезні простори. Потім, потрапивши в антену
радіоприймача, після підсилення і зворотного
перетворення він знову стає звуком.
З перетворенням звуку в радіохвилі ми вже
знайомі. Подивимось тепер, як з допомогою
радіоприймача електромагнітні хвилі
перетворюються в звукові.
Модульовані коливання — переносники
звуку. Вони нагадують ще не проявлену
фотопластинку: на такій пластинці не побачиш
зображення, але це не значить, що його
немає — воно існує в прихованому вигляді.
Подібно до того як не можна бачити непро-
явлений фотознімок, не можна почути й
модульовані радіохвилі.
Справа тут не тільки в тому, що енергія
радіохвиль, яку вловлює антена, дуже слабка.
Навіть підсиливши модульовані коливання в
багато разів і примусивши їх проходити через
гучномовець, ми однаково не почули б звуку.
Коли змінний струм радіочастоти протікає
через гучномовець або котушку телефонного
навушника, сила, що діє на мембрану,
змінюється з частотою цього струму, тобто
надзвичайно швидко. Внаслідок інерції мембрана
просто не встигає відхилитися в якийсь бік —
так часто змінюється напрям сили. Але
припустімо на хвилину, що ми знайшли
мембрану, яка практично не має інерції і може
коливатися під впливом електромагнітного
поля радіочастоти. Як таку мембрану можна
використовувати, наприклад, кварцову
пластинку, що коливається завдяки
п’єзоелектричному ефекту. Однаково ці коливання не
можна почути, бо їх частота лежить далеко
за межами звукових частот, доступних
нашому слухові.
Щоб почути радіопередачу, модульовані
коливання радіочастоти треба випрямити —
перетворити в струм постійної напруги, сила
якого змінюється в такт модуляції. Для цього
їх пропускають через напівпровідниковий діод,
що, як відомо, проводить струм в одному
напрямі і майже не проводить в іншому, тобто
може випрямляти змінний струм. Крива
модульованих коливань симетрична, за півхви-
лею струму одного напряму йде півхвиля
струму, напрямленого в протилежний бік.
При випрямленні одна півхвиля струму,
наприклад нижня, зрізується. Утворюється ряд
однаково напрямлених імпульсів постійного
струму, чия висота змінюється відповідно до
звукових коливань.
Імпульси постійного струму, якщо їх
пропустити через котушку телефону, збуджують
магнітні сили, що діють в одному напрямі.
При цьому мембрана зазнаватиме швидких,
що йдуть один за одним, поштовхів. Внаслідок
інерційності вона не може відзиватися на
кожний імпульс струму окремо; але, оскільки
поштовхи спрямовані в один бік, вони
складаються в єдину силу, що безперервно
змінюється відповідно до звукових коливань. Ця
сила примушує мембрану коливатися, і ми
чуємо звук, який діяв на мікрофон передавача і
керував амплітудою радіочастотних коливань.
Перетворення модульованих коливань
радіочастоти в коливання звукової частоти,
що відбувається в радіоприймачі, називається
детектуванням, а пристрій, який здійснює
детектування,— детектором (латинське слово
«детектор» означає «відкриваючий»,
«виявляючий»). Як детектори найчастіше
використовують напівпровідникові діоди. Найпростіший
детекторний приймач, створений близько 70
років тому, складався з телефонних навушників
і детектора, коливального контура в ньому
не було. Приєднавши до такого приймача
антену і заземлення, можна одночасно почути
передачі кількох потужних близько
розташованих радіостанцій.
59

Довелось ускладнити приймач — ввести в
нього коливальний контур. Змінюючи з
допомогою перемикача число витків котушки і
підстроюючи коливальний контур конденсатором
змінної ємності, настроюють приймач на
передачу, яку хочуть послухати. Антена
вловлює коливання найрізноманітніших частот,
але коливальний контур пропускає тільки
коливання частоти, на яку він настроєний. Інші
частоти опиняються за порогом. У
найпростішому детекторному приймачі немає
підсилювача, тому гучність передач, які він
приймає, невелика, а сигнали від слабких і
далеких радіостанцій взагалі не буде чути. У більш
складних лампових і транзисторних
радіоприймачах електричні коливання в багато разів
підсилюються. Виділені коливальним
контуром коливання потрібного радіосигналу після
підсилення детектуються. Одержані в
результаті детектування коливання звукової частоти
додатково підсилюються й подаються на
гучномовець.
Так працюють радіоприймачі, які називають
приймачами прямого підсилення. Процеси
в сучасних приймачах — супергетеродинах —
дещо складніші. Річ у тому, що не всі
електричні коливання однаково добре піддаються
підсиленню. Чим вища частота коливань, тим
важче їх підсилювати. Крім того, із
зростанням частоти прийманих радіосигналів гіршає
селективність коливального контура, тобто
його здатність виділяти потрібний радіосигнал.
Контур неспроможний відфільтровувати
коливання близьких частот. Завади радіостанцій,
які працюють на близьких хвилях, стають
сильнішими. Тому ми зацікавлені в тому, щоб
знизити частоту прийманих радіочастотних
коливань. Цей процес перетворення частоти
прийманого сигналу в іншу, звичайно нижчу,
«проміжну» частоту і характерний для
супергетеродинних приймачів, які скорочено іноді
називають супергетеродинами.
Подивимось, як діє супергетеродин.
Коливання радіочастоти безпосередньо від
антени або після попереднього підсилення
надходять на керуючий електрод транзистора.
Одночасно на цей же транзистор подаються
коливання, створювані малопотужним
електронним генератором — гетеродином. Частота
коливань гетеродина відрізняється від частоти
прийманого сигналу. У транзисторі при цьому
виникають коливання нової, звичайно нижчої,
так званої проміжної частоти. Вона дорівнює
різниці частоти прийманого сигналу
(радіочастоти) і частоти гетеродина. На виході
транзистора ввімкнуто коливальний контур,
настроєний на проміжну частоту. Він
відзивається тільки на її коливання і не реагує на
коливання інших частот.
Одержані коливання проміжної частоти
модульовані так само, як модульований
прийманий радіосигнал, тобто вони несуть в собі ту
саму інформацію (мова, музика), що і
прийманий радіосигнал. Той же результат вийде, коли
замість транзистора застосувати
напівпровідниковий діод. Перевага транзистора полягає
в тому, що в ньому не тільки перетворюється
частота, а й відбувається підсилення
радіосигналу.
Коливання проміжної частоти підсилюються
кількома наступними каскадами і потім, як
звичайно, детектуються.
Для зручності конденсатори із змінною
ємністю, з допомогою яких настроюють на
потрібну частоту коливальні контури,
виготовляють із спільною віссю, тому їх настроюють
однією й тією самою ручкою. Контур
радіочастоти і контур гетеродина розраховані так,
що при всякому настроюванні приймача
різниця їх частот дорівнює проміжній частоті,
яка лишається незмінною. Тому коливальні
контури в наступному підсилювачі проміжної
частоти настроюють тільки при виготовленні
приймача і потім його вже не торкаються.
Вони прості й дешеві, можуть бути малих
розмірів. У підсилювачі проміжної частоти кілька
таких контурів, що забезпечує хорошу
селективність, бо кожний контур додатково
подавляє коливання сторонніх радіостанцій, які
працюють на близьких частотах.
Наша промисловість випускає багато різних
моделей радіомовних приймачів. Вони можуть
задовольнити найвимогливішого слухача. Усі
вони — супергетеродини.
«Анкетні дані» приймача
Якість приймача характеризується
показниками, основні з яких — вид прийманих
сигналів (телефонні, телеграфні та ін.) і спосіб
модуляції (амплітудна, частотна); діапазон
частот або довжин хвиль; чутливість;
селективність; стабільність настроювання; вид та
інтенсивність (потужність, напруга або струм)
сигналу, що надходить з виходу в
відтворюючий пристрій з заданими властивостями
(телефон, гучномовець, телевізійна трубка
і т. п.); якість відтворення сигналів. Крім того,
до показників приймача належать тип джерела
електроживлення і споживана потужність;
60

особливості органів керування; можливості
автоматичного або дистанційного керування;
конструктивні характеристики (габаритні
розміри, вага) та ін.
Приймачі для радіозв’язку часто
виготовляють універсальними, які можуть приймати
сигнали кількох видів, наприклад телефонні,
телеграфні й факсимільні (фототелеграфні),
при різних видах модуляції,
використовуваних у відповідному частотному діапазоні
(наприклад, амплітудна й односмугова
модуляція тощо).
Чутливість визначається найменшою
електрорушійною силою, або потужністю сигналу
в антені, при якій можливий сталий прийом
з нормальним відтворенням сигналів. її
забезпечують підсилювачі сигналів, а також
коливальні контури, фільтри та інші види кіл,
які ослаблюють дію завад.
Найпростіші приймачі з малим числом
підсилювальних каскадів через мале підсилення
можуть приймати тільки сильні сигнали,
наприклад від радіопередавачів, розташованих
поблизу. В цьому разі сигнал, як правило,
в багато разів сильніший від завад, і вони не
впливають на його відтворення. Чутливість
таких приймачів низька.
Іноді доводиться чути від власника
приймача, що він придумав спосіб підвищити його
чутливість — треба тільки додати в приймач
кілька транзисторів. На перший погляд, це
розумна пропозиція. Адже чим більше
транзисторів, тим більше підсилюється сигнал
і тим більше слабких, далеких станцій можна
буде приймати на цей приймач. Однак не
слід забувати про різні завади, які
потрапляють на вхід приймача разом з корисним
сигналом. Збільшивши число транзисторів,
підвищивши загальне підсилення, ми
однаково підвищуємо як рівень корисного сигналу,
так і рівень завад. Піймати слабку станцію
на кілометрових і гектометрових хвилях
важко не тому, що приймачеві не вистачає
підсилення, а тому, що рівень сигналу не досить
перевищує рівень завади.
Якщо завади заглушають сигнал, то ріст
підсилення однаково збільшить напругу на
виході і від сигналу, і від завади, а
співвідношення між ними не поліпшиться. В цьому
разі можна прийняти сигнал, збільшивши
потужність передавача і цим підвищивши
напругу сигналу в місці прийому настільки, щоб
він перевищив напругу завад. Отже, найслаб-
ший сигнал, який можна прийняти на даний
приймач, у даних умовах, залежить уже не від
підсилення, а від рівня завад. У цьому разі
чутливість обмежена завадами.
На радіоприймання діють зовнішні завади
і внутрішні шуми приймача. Зовнішні завади
створюють сторонні радіостанції,
електромагнітні випромінювання атмосферного
походження (від грозових розрядів) і ті, що проходять
з космічного простору, електромагнітні
випромінювання від промислових установок,
електротранспорту, систем запалювання двигунів
внутрішнього згоряння, електромедичних
апаратів, різного роду електрокомутаційних
пристроїв, побутових електроприладів та інших
об’єктів (індустріальні завади).
Індустріальні завади звичайно імпульсні,
тобто мають переривчастий характер,
складаються з коротких імпульсів, розділених
проміжками. Інтенсивність складових спектра
імпульсів зменшується із зростанням частоти,
тому такі завади проявляються більше на
гектометрових і декаметрових хвилях, а на
метрових і дециметрових хвилях їх шкідлива дія
вже значно слабша.
Завади від інших радіостанцій теж особливо
сильно проявляються на порівняно довгих
хвилях, де працює дуже багато передавачів
і випромінювання від них поширюються на
великі відстані.
Дещо інакше стоїть справа на інших
діапазонах. Уже на декаметрових хвилях, а
особливо на дециметрових, сантиметрових і на
коротших ми спостерігаємо таке явище:
зовнішніх завад майже не чути, а слабкий
прийманий сигнал усе ж тоне в якомусь шумі.
Почасти цей шум — електромагнітні
випромінювання, що приходять на Землю з космічного
простору, але в основному це власний шум
приймача — його транзисторів, коливальних
контурів, резисторів і т. п.
Причину появи власного шуму легко
зрозуміти, згадавши шкільне визначення
електричного струму: струм — це рух вільних
електронів. Звичайно, в тому хаосі, який
спостерігається у провідниках, не може бути цілком
рівномірного руху електронів. У якийсь
момент у потік електронів потрапляє зайвий
електрон, в якийсь інший — на кілька
електронів менше, тобто відбуваються хаотичні
коливання — флуктуації. Саме флуктуації
електричних зарядів і створюють той шум, який
заважає прийому дуже слабких сигналів.
У тому, що це саме внутрішній шум, легко
пересвідчитись, вимкнувши антену: шум не
зникне, отже, його не можна приписувати
якимсь зовнішнім завадам. На сантиметрових
61

і міліметрових хвилях саме власний шум
найбільше обмежує можливість приймання
слабких радіосигналів. Чим меншим удається
зробити рівень власних шумів приймача, тим
слабший прийманий сигнал «вилізе» з-під
цього шуму, тим краща чутливість приймача.
Отже, боротьба за чутливість значною мірою
зводиться до боротьби з шумами.
При лабораторних випробуваннях
радіоприймача до нього замість антени під’єднують
еквівалентне їй електричне коло. Це зручно:
замість випадкових радіосигналів, які
приходять в антену, через еквівалент антени можна
подавати калібровані вимірювальні сигнали
певної сили й частоти від вимірювального
генератора. Шуми на виході приймача при
таких випробуваннях викликані процесами
в самому приймачі й тепловим рухом
електричних зарядів в еквіваленті антени. Якщо
нагріванням підвищити температуру
еквівалента антени, флуктуації електронів у ньому
посиляться, тобто шум, який він дає в
приймач, збільшиться. Можна, наприклад,
підвищити температуру еквівалента антени на
стільки градусів, що створиться додатковий
шум; він якраз дорівнюватиме власному
шумові приймача. В цьому разі можна сказати,
що шум приймача відповідає стільком-то
градусам температури додаткового нагрівання
кола еквівалента антени. Цю температуру
називають «шумовою температурою» приймача;
нею звичайно користуються для оцінки якості
чутливих малошумких приймачів.
Ідеальний, абсолютно не шумкий приймач
мав би шумову температуру 0°.
Чим дужче шумить приймач, тим вища його
шумова температура.
Неважко зрозуміти, що найважливіше —
одержати низький рівень шумів у перших
ступенях приймача — в лінії зв’язку антена —
приймач, у першому підсилювальному
каскаді. Шуми наступних кіл відіграють меншу
роль, бо сигнал у першому підсилювальному
каскаді буде підсилений і його вже важко
буде загубити в шумах.
Ще порівняно недавно, 15—20 років тому,
найкращим елементом для першого
підсилювального каскаду приймача дециметрових і
сантиметрових хвиль вважалася лампа біжучої
хвилі — ЛБХ. З допомогою таких ламп
удавалось одержати шумову температуру приймача
близько 1000°. Тепер цей поріг лишився
далеко позаду, причому різко знизити шуми
вдалось одразу кількома способами в
підсилювачах кількох різних типів.
Найбільше досягнення радіоелектроніки в
боротьбі з шумами — це створення вже
знайомих нам квантових і параметричних
підсилювачів. У квантових підсилювачах —
мазерах — під впливом слабких радіосигналів
електрони переходять з високих енергетичних
рівнів на нижчі, віддаючи при цьому енергію.
За рахунок енергії, яку виділяють електрони,
і відбувається підсилення сигналу. В таких
підсилювачах шуми породжуються
довільними, випадковими переходами з верхнього
енергетичного рівня на нижній. Імовірність
таких переходів дуже мала — коли немає
радіосигналу, електрони в атомах практично
залишаються на своїх місцях. Цим і
пояснюється малий рівень шумів у мазерах.
На відміну від лампових і транзисторних
підсилювачів, квантові підсилювачі працюють
при дуже низьких температурах, аж до
температури рідкого гелію —269° С. Це різко
подавляє теплові шуми: в мазерах одержано
шумову температуру близько 10°. Є й інші типи
малошумких підсилювачів, такі, як
підсилювачі на тунельних діодах, параметричні на
ємнісному діоді — варакторі та ін. В них
удається одержати порівняно низькі шумові
температури: до 300° у підсилювачі на
тунельному діоді і до 20° — у параметричному
підсилювачі. Учені й інженери продовжують
висувати, обговорювати, досліджувати різні
системи, конструкції та принципи підсилення, різні
методи зниження шуму.
Ми вже говорили, що знизити рівень
власних шумів — це значить поліпшити чутливість
приймача, дістати змогу приймати слабкіші
сигнали. От, наприклад, що це означає для
радіолокації. Для того щоб удвоє збільшити
далекість дії радіолокатора, треба або в 16
разів збільшити потужність його передавача,
або в 16 разів поліпшити чутливість приймача.
Таке різке збільшення потужності, яка
звичайно вимірюється десятками, сотнями й навіть
тисячами кіловат,— дороге і складне,
особливо коли йдеться про пересувну апаратуру.
В той же час різко підвищити чутливість
приймача, коли, звичайно, вона не близька
до гранично досяжної, можна більш простими
способами.
Малошумкі підсилювачі значною мірою
визначають можливості систем радіолокації,
включаючи радіолокацію планет,
радіоастрономії, космічного радіозв’язку і навіть
обчислювальної техніки. Дуже важливо, якою ціною
досягається підвищення чутливості приймача.
Коли б удалося простими засобами різко
62

зменшити рівень шумів, то безпосередне
приймання сигналів космічних ретрансляторів і
радіоспостереження деяких небесних тіл
стали б можливі з недорогими й нескладними
приймачами.
Шуми наводяться й безпосередньо в антені,
причому залежать від того, як вона
спрямована. Якщо діаграма напрямленості антени не
захоплює теплового випромінювання від
Землі, а орієнтована на космічний простір,
наприклад при радіозв’язку з супутниками, то
ці шуми можуть бути дуже малі. Шуми
зростають, коли антена спрямована на Сонце та
інші ділянки простору, де є джерела
інтенсивних радіовипромінювань.
Селективність радіоприймача оцінюється як
ослаблення заважаючих сигналів сторонніх
радіостанцій, які працюють на частотах,
відмінних від частоти прийманого сигналу.
Найважче ослабити завади від найближчих за
частотою сторонніх сигналів (сигналів
сусіднього каналу). Тому, щоб оцінити якість
приймача, завжди визначають його
селективність по відношенню до завад сусіднього
каналу.
Стабільність настроювання приймача —
важлива умова надійного радіозв’язку. Для
правильного відтворення повідомлень потрібна
точна настройка коливальних контурів
приймача на частоту прийманого сигналу. Зміна
частоти настроювання в бік одного з сусідніх
каналів погіршує прийом і посилює вплив
завад. При великому розстроюванні прийом
може зовсім припинитись.
Якщо конструкція коливальних контурів
досить жорстка, то їх резонансна частота може
змінюватися головним чином під впливом
температури і (в меншій мірі) вологості
й тиску повітря на ємність конденсаторів та
індуктивність котушок. Крім того, на
резонансну частоту контурів може впливати зміна
режиму приєднаних до них транзисторів або
ламп (наприклад, через нестабільність
живильних напруг). Певну роль відіграє також
старіння конденсаторів і котушок, тобто зміна
властивостей матеріалів, зв’язана з процесами
висихання, полімеризації тощо.
Особливо впливає на стабільність
настроювання приймача відхилення частоти
гетеродина. Щоб забезпечити добру стабільність
настроювання приймача, частоту гетеродина
стабілізують кварцом або застосовують
автоматичне підстроювання.
Якщо приймач послідовно настроюють на
сигнали радіостанцій різної потужності,
розташованих на різних відстанях, напруги на
його вході дуже відрізняються за величиною.
Щоб нормально відтворювались повідомлення,
приймаючи сильні сигнали, треба зменшувати
підсилення, а приймаючи слабкі сигнали —
збільшувати.
У системах зв’язку, які використовують
далеке поширення радіохвиль, напруга сигналу
зазнає сильних коливань. Щоб зберегти
нормальний прийом, підсилення при завмираннях
сигналу треба збільшувати. Оскільки зміна
напруги сигналу може відбуватися швидко,
ручне регулювання підсилення не може
забезпечити задовільну стабільність рівня
сигналу на виході приймача. Крім того, потреба
постійного ручного регулювання дуже
ускладнювала б користування приймачем. Тому
в приймачах передбачається автоматичне
регулювання підсилення.
СТАРТ І ФІНІШ РАДІОХВИЛЬ
Спочатку про хвилі в проводах
І радіопередавач, і радіоприймач немислимі
без антени. Передавальна антена
випромінює у простір радіохвилі, приймальна —
вловлює їх.
Відомо, що провідник, яким тече змінний
струм, випромінює електромагнітні хвилі,
і навпаки, у провіднику під впливом
електромагнітних хвиль виникає струм. Але це не
означає, що кожний кусок дроту являє собою
антену. Навпаки, іноді «незаплановане»
випромінювання завдає шкоди.
Для того щоб антена працювала як слід, її
розташовують досить високо Над землею,
а енергію до антени підводять з допомогою
з’єднувальної лінії — фідера (від англійського
слова feed — живити). Функції антени і
фідера чітко розмежовані. Фідер не повинен
випромінювати, його завдання — передати
енергію електричних коливань в антену і тільки.
Успішне розв’язання цього завдання повністю
залежить від якості фідера. Подивимось, які
вимоги має задовольняти з’єднувальна лінія.
Якщо під’єднати до лінії джерело коливань
радіочастоти, то утворюються хвилі напруги
і струму. Якби лінія була нескінченною, то
біжучі хвилі поширювалися б по пій у
нескінченність, переносячи енергію від джерела.
Швидкість поширення хвиль у проводах,
підвішених у повітрі, як і швидкість
електромагнітних хвиль у просторі, практично дорівнює
швидкості світла.
63

Графік зміни напруги між проводами вздовж
лінії, яка живиться від джерела змінного
струму, подано на рисунку. По осі абсцис
відкладено відстань від початку лінії І, а по осі
ординат — напругу для різних послідовних
моментів часу. Для наочності вершину однієї
з хвиль напруги позначено кружком.
Між проводами утворюється електричне
поле Е, а навколо проводів — магнітне поле Я,
напрям якого залежить від напряму струму за
відомим правилом свердлика. Приблизна
картина цих полів показана на рисунку.
У лінії електричне поле хвилі викликає
переміщення зарядів, тобто підтримує струм.
Змінне магнітне поле індукує у проводах
електрорушійну силу, яка за правилом Е. X. Ленца
має таку полярність, що підтримує струм.
Отже, процес спостерігається у формі
електромагнітних хвиль навколо проводів і хвиль
напруги і струму в проводах. Хвилі поступово
затухають, бо проводи мають опір і між ними
є провідність, внаслідок чого частина енергії
перетворюється в тепло.
При високій частоті змін струму
спостерігається поверхневий ефект, який
проявляється в тому, що струм проходить не по всьому
перерізу проводу, а лише по його
поверхневому шару. Це пояснюється тим, що всередині
проводу діє протиелектрорушійна сила
індуктивності, яку збуджує магнітне поле. Отже,
затухання хвиль у лінії залежить головним
чином від електропровідності поверхневого
шару. Коли, наприклад, посріблити поверхню
проводів, то помітне затухання проявиться
лише на відстані, яка в багато разів
перевищує довжину хвилі.
Проводи лінії мають розподілену
індуктивність, і між ними є розподілена ємність. У
такому колі біжучі хвилі напруги і струму
збігаються по фазі, тобто, коли в якійсь
ділянці напруга максимальна, струм одночасно
має найбільше значення, а коли напруга
проходить через нуль, то струм теж дорівнює
нулю.
Якщо напругу між проводами поділити на
струм, то за законом Ома матимемо опір
нескінченно довгої лінії, який називається
хвильовим. Він позначається р і залежить від
діаметра проводів і відстані між ними.
Звичайно хвильовий опір § двопровідної лінії
буває в межах 0,2—0,7 кОм.
Якщо взяти лінію кінцевої довжини і пі-
дімкнути до її кінців резистор з опором, що
дорівнює д, то вона матиме властивості
нескінченно довгої лінії. Енергія поширюється
вздовж такої лінії у вигляді біжучих хвиль
напруги та струму. Наче йдучи в нескінченно
довгу лінію, хвилі не повертаються (не
відбиваються) назад, насправді це означає, що
вони повністю поглинаються ввімкнутим на
кінці резистором.
Енергія коливань має передаватися від
радіопередавача до передавальної антени або від
приймальної антени до радіоприймача. У
першому випадку навантаженням на кінці лінії
є антена, в другому — радіоприймач. В обох
випадках бажано, щоб уся енергія, яка пере-
64

дається по лінії, надходила в навантаження.
Це буде тоді, коли опір підімкненого
навантаження (антени, приймача) дорівнюватиме
хвильовому опорові лінії. У противному разі
лінія не має властивостей нескінченно довгої
лінії. Хвилі від джерела доходять до кінця
такої лінії і поглинаються там лише
частково. Заряд, який нагромаджується на кінці,
і зв’язані з ним напруга й електричне поле,
а також струм у кінці лінії і магнітне поле
не мають шляху для дальшого поширення.
Тому частина енергії повертається до джерела
у вигляді хвиль зворотного напряму, тобто
виходить відбивання хвиль. Забезпечення
повної передачі енергії в навантаження у вигляді
біжучих хвиль без зворотного відбивання
називається узгодженням лінії, а навантаження
в цьому разі називається узгодженим.
Порушення рівності опору навантаження
хвильовому опорові р, яке веде до відбивання хвиль,
називається непогодженням.
Дороги до океану
Отже, роль доріг, якими біжать хвилі перед
тим, як вирушити в далеку путь у простір,
відіграють фідери, до яких ставляться такі
вимоги:
втрати енергії повинні бути мінімальні,
тобто лінія повинна мати к. к. д., близький
до одиниці;
лінія, що з’єднує потужний радіопередавач
з антеною, повинна витримувати без
пробивання й перегрівання поширення по ній
коливань досить великої потужності і з досить
високою напругою;
лінія не повинна випромінювати або
приймати електромагнітну енергію.
При випромінюванні не вся енергія
передаватиметься в антену. Якщо антена гостро
напрямлена, то випромінювання лінії погіршить
її властивості, бо воно відбувається в різних
напрямах, які не збігаються з напрямом
випромінювання антени; це створює завади
іншим лініям радіозв’язку й веде до ослаблення
випромінювання в потрібному напрямі. Якщо
лінія випромінює, вона, як і антена, може
приймати електромагнітну енергію. Тому
випромінювання недопустиме й тоді, коли лінія
з’єднує напрямлену приймальну антену з
приймачем. Отже, вона прийматиме сторонні хвилі
з інших напрямів, які можуть перешкодити
прийманню корисного сигналу. Крім того,
корисний сигнал, проходячи по лінії від антени
до приймача, частково втрачатиметься у
вигляді випромінювання, що теж погіршує умови
приймання. Цієї вади не мають коаксіальні
лінії — кабелі.
На метрових і дециметрових хвилях кабелі
значно ефективніші за відкриті лінії.
У коаксіальних кабелях металева оболонка
сама править за один з проводів лінії, не
втрачаючи і своїх екрануючих властивостей.
У схемі будови коаксіального кабеля 1 —
внутрішній провід, 2 — шар ізоляції, 3 —
металеве обплетення (екран), 4 — захисний
ізоляційний шар.
Електричне і магнітне поля зосереджені
в просторі між центральним проводом і
внутрішньою поверхнею екрана. Внаслідок
поверхневого ефекту струм радіочастоти
поширюється тільки по внутрішній поверхні екрана, поля
з кабеля не проникають у зовнішній простір,
а хвилі із зовнішнього простору не проникають
всередину кабеля.
Кабелі з суцільною ізоляцією застосовують
для передачі енергії радіочастоти лише на
коротку відстань, бо вони мають порівняно
великі втрати енергії в ізоляції. У фідерах
великої протяжності основне місце між
проводом і оболонкою займає повітря. Ізоляційні
вставки роблять лише для того, щоб вони
тримали внутрішній провід у центрі екрана.
З підвищенням частоти поверхневий ефект
проявляється дужче, тобто струм проходить
по тоншому шару провідника. Це
еквівалентно зменшенню перерізу провідника, що веде
до збільшення його опору, тобто до зростання
втрат. Щоб зменшити втрати, треба збільшити
поверхню провідника, але в коаксіальному
кабелі для внутрішнього проводу це важко
зробити без значного збільшення зовнішнього
діаметра кабеля. Тому на сантиметрових і мі-
65
5 220

яіметрових хвилях замість коаксіальних
кабелів для передачі високочастотної енергії
застосовують головним чином металеві труби —
хвилеводи.
Хвилі у хвилеводі поширюються
зигзагоподібно, відбиваючись від стінок. При цьому
в стінках утворюються біжучі хвилі струму,
а між стінками — хвилі напруги.
Застосовують в основному хвилеводи
прямокутного і круглого перерізів (А). Хвилевідні
лінії складаються з відрізків, з’єднаних
фланцями (Б).
Щоб зменшити втрати, хвилеводи
виготовляють дуже уважно. У з’єднаннях між їх
відрізками треба забезпечити добрі контакти.
У відповідальних випадках, щоб зменшити
втрати, внутрішню поверхню хвилеводу
покривають шаром срібла або золота.
Тепер у простір!
Коло з двох паралельних проводів,
під’єднаних до радіопередавача, майже не буде
випромінювати: струми в проводах взаємно
протилежні, тому їх магнітні поля в зовнішньому
просторі компенсують одне одного.
Розведемо проводи відрізка двопровідної
лінії в різні боки, витягнемо їх в одну лінію.
Тепер струм в них буде спрямований
однаково. Навколо проводів виникнуть
електромагнітні хвилі. Це — антена, одна з перших
антен у радіотехніці: майже 90 років тому
Герц користувався нею при своїх
експериментах з електромагнітними хвилями. Відома під
назвою «симетричний вібратор» або «диполь»,
вона і тепер широко застосовується в
радіотехніці.
До середини вібратора підводять струм; тут
він максимальний, тут його «пучність». До
кінців струм зменшується. Обривається
провід — обривається і струм, тут він дорівнює
нулю, тут його «вузол». Електричні заряди
проводів вібратора взаємно протилежні, і між
ними діє напруга. Найбільша напруга
(пучність) — між кінцями, найменша (вузол) —
у середині.
'о\
 Сотні тисяч, мільйони разів на секунду
з радіочастотою струм змінюється за
напрямом, напруга змінюється за полярністю,
пульсують пучності, від вібратора відривається
хвиля за хвилею й іде у простір. Розподіл
струму й напруги в вібраторі залежить від
співвідношення довжини вібратора і довжини
хвилі. На рисунку показано розподіл струму
і напруги вздовж вібратора, коли його
довжина дорівнює половині довжини хвилі X.
Нижній провід вертикального вібратора можна
замінити заземленням; вийде несиметричний
вертикальний вібратор. Така антена
випромінює електромагнітні хвилі над землею
однаково в усі боки. Під’єднаємо таку антену до
приймача — вона однаково добре прийме
радіосигнали, що йдуть з усіх боків. Отже,
вертикальний провід — «всенапрямлена» антена.
Але антена може бути напрямленою, а коли
ускладнити її конструкцію, то й гостро
напрямленою. Подібно до прожектора
напрямлена антена випромінює хвилі в один бік. Під
час прийому така антена вловлює сигнали, що
йдуть теж з певного напряму.
Оскільки хвилі повинні випромінюватися
в напрямі прийому, треба знати, в якому
напрямі антена випромінює найбільш
ефективно, щоб правильно розташувати її. Для того
66

щоб з’ясувати спрямованість випромінювання,
треба виміряти напругу поля в просторі на
однакових відстанях від антени, під різними
кутами до неї. Оскільки електричне й
магнітне поля зв’язані, для оцінки випромінювання
досить знати напруженість однієї з цих
складових поля. Частіше визначають напруженість
електричної складової.
Щоб правильно оцінити напрямленість
випромінювання, треба в місці вимірювання
мати поле тільки від досліджуваної антени,
бо наявність сторонніх предметів може
спотворити результат.
Вплив відбитих хвиль буде незначний, якщо
відбивні предмети знаходяться від місця
спостереження на відстані, в багато разів
більшій, ніж випробувана антена. Крім того,
визначаючи напрямленість випромінювання
антени, доводиться зважати на неминучий вплив
Землі.
Діаграма напрямленості антени являє собою
графік залежності потужності
випромінювання £ від напряму.
Кожну точку в просторі навколо вібратора
можна характеризувати двома кутовими
координатами — кутом а в поперечній площині
(перпендикулярній проводу) і кутом р в
повздовжній площині. У поперечній площині
випромінювання відбувається однаково в усіх
напрямах. Тому полярна діаграма в цій
площині має вигляд кола (А). У поздовжній
площині випромінювання немає при Р=0 і воно
зростає при збільшенні Р до 90°, тобто
діаграма має вигляд вісімки (Б).
Увімкнемо радіопередавач, а самі, взявши
приймач, вирушимо в дорогу. Будемо їздити
або літати на літаку по колу, в центрі якого
передавач. Нехай до передавача приєднана
ненапрямлена антена — вертикальнии провід.
У кожній точці нашого маршруту передачу
буде чути однаково добре. Та от до
передавача приєднали горизонтальний симетричний
вібратор. Тепер при рухові по колу чутність
почала змінюватися. Вона то зростає, то
падає, то зовсім зникає. Якщо накреслити, як
змінюється чутність, то й вийде діаграма
у вигляді вісімки. Відстань від центра
діаграми до якоїсь точки на вісімці показує силу
приймання в цьому напрямі.
Картина не змінюється, якщо вібратор
приєднати до приймача, а передачу вести на
звичайну ненапрямлену антену. Одну й ту саму
антену можна використовувати для передачі
і для приймання, тобто діаграма
напрямленості її в обох випадках одна й та сама.
Хвиля в рамці
На кілометрових і гектометрових хвилях для
спрямованого радіосприймання часто
використовують рамкову антену (рамку), що являє
собою один або кілька витків проводу. Витки
можуть бути прямокутними, трикутними або
круглими; вони можуть бути натягнуті на
каркас або підвішені на щоглах. На
радіостанціях ця антена має великі розміри, і її
підвішують на стовпах або щоглах заввишки
в десятки метрів.
Чому ж сила приймання залежить від того,
як розташована рамка відносно
радіопередавача?
...Ось радіохвиля накочується на рамкову
антену. При цьому в обох вертикальних сторо-
67
5*

нах рамки наводяться струми радіочастоти,
спрямовані в один бік, скажімо знизу вгору.
Вони течуть назустріч один одному (А).
Сумарний струм у рамковій антені дорівнює
різниці струмів у двох сторонах рамки. Якщо
площина рамки становить певний кут з
напрямом на радіостанцію, то одна вертикальна
сторона рамкової антени буде ближча до
передавача, однієї сторони хвиля досягає раніш,
другої — пізніш. Тому в один і той самий
момент струми в першій і другій* сторонах
рамки будуть різні (Б). Проводом антени
потече різницевий струм, приймач прийме його,
і ми почуємо передачу.
Якщо площина рамки спрямована точно на
радіостанцію, то різницевий струм, як легко
здогадатися, найбільший і, значить, сила
прийому максимальна. Коли ж рамка встановлена
перпендикулярно напрямові на передавач, то
обидві сторони знаходяться на однаковій
відстані від нього, струми однакові, різницевий
струм дорівнює нулю. При такому
розташуванні рамкової антени ми нічого не почуємо.
Якщо до осі рамкової антени прикріпити
стрілку, то можна буде відлічувати напрям
на радіостанцію, відкладаючи кут повороту
рамки від напряму «північ — південь».
Однак рамкова антена, як і симетричний
вібратор, має великий недолік: вона однаково
добре приймає з обох боків. Ось ми відклали
на карті напрям, уздовж якого поширюються
радіохвилі. Але як узнати, з якого саме боку
вони йдуть — спереду чи ззаду? Адже рамка
однаково добре або однаково погано вловлює
сигнали, що йдуть з прямо протилежних
напрямів! І от, замість того щоб наближатися
до радіостанції, ми будемо віддалятися від неї!
Як же узнати справжній напрям? Для цього
треба вести прийом одночасно на дві антени —
рамку і вертикальний провід. І виходить див-
нии результат: рамка «двонапрямлена»,
вертикальний провід не має напрямленості, а разом
вони поводяться як антена, що дає найкращий
прийом з одного напряму.
Діаграма напрямленості рамкової антени —
вісімка. Діаграма напрямленості
вертикального проводу — коло, тобто сила сигналу з усіх
напрямів одна й та сама. А спільна діаграма
напрямленості, яку одержують від складання
вісімки і кола, має обрис сердечка. Таку криву
називають кардіоїдою (від грецького слова
«кардіа» — «серце»). Це вийшло тому, що з
одного боку сигнали з рамки й проводу
складаються, а з другого, протилежного
напряму — віднімаються.
Придивіться до цієї діаграми. її
горизонтальна вісь напрямлена уздовж площини
рамки. Та коли з одного боку сила прийому
максимальна, то з другого вона дорівнює
нулю або практично дуже мала. Отже, тут ми
вже можемо з цілковитою певністю сказати,
в якому напрямі розташована радіостанція.
Для цього треба повертати рамку доти, поки
чутність не досягне мінімуму.
Недолік кардіоїди в тому, що максимум
і мінімум її тупі й точно визначити напрям
важко. Значно гостріші мінімуми (напрями
«нульового» прийому) діаграми рамки. Тому
кардіоїду застосовують не для того, щоб
визначити напрям, а щоб вирішити, який з двох
напрямів правильний.
Установимо рамкову антену на палубі
корабля. Тепер навіть в густому тумані ми
зможемо визначити місцезнаходження судна. Ось
як це роблять.
На мореплавній карті позначено координати
берегових станцій — радіомаяків. Приймач
настроюють на одну з них і рамку повертають
у таке положення, при якому чутність зникає.
Далі по шкалі відлічують кут між напрямом
68

на станцію і лінією «північ — південь», яку
визначають за компасом. На карті проводять
лінію, що йде під цим кутом через точку, де
розташований передавач. Тепер настроюють
приймач на другу станцію і роблять те саме.
На карті з’явиться нова лінія, що проходить
під знайденим кутом через точку, в якій
розташована друга радіостанція. Обидві ці лінії
проходять через точку, де перебуває зараз
наш корабель. Перетин ліній і показує місце
корабля.
Щоб визначити координати корабля з
більшою точністю, треба засікти, або, як кажуть
радисти, запеленгувати, три берегові
радіостанції. Через неточність, неминучу при
вимірах, три лінії, проведені на карті, перетнуться
не в одній точці, а утворять у місці перетину
невеликий трикутник. З найбільшою
імовірністю можна припустити, що в центрі його
і розташований корабель.
Можна зробити й навпаки — з трьох
пунктів на березі запеленгувати корабельний
передавач. Якщо потім нанести три одержаних
напрями на карту, то теж будуть установлені
координати корабля. Пам’ятаєте чудовий
кінофільм «Коли хлопці всього світу...»? Невеличке
рибальське судно зазнало біди. На кораблі —
хвороба. Людям загрожує загибель. В ефір
летять заклики про допомогу. Радіолюбителі-
короткохвильовики — хлопці всього світу —
включаються в незвичайну естафету, мета
якої — доставити на судно рятівну сироватку.
Але як довідатися, де саме дрейфує корабель?
Тут і приходить на допомогу
радіопеленгація. Судновий передавач пеленгують з берега,
і на місце його знаходження доставляють
медикаменти.
А як бути, коли корабель не стоїть на місці?
Поки ми запеленгували одну радіостанцію,
потім другу, він встигав пройти якусь
відстань. І в наші виміри вкрадається помилка.
У мореплаванні ця похибка не така велика,
адже кораблі рухаються порівняно повільно.
А авіація? За час, потрібний для пеленгації,
сучасний літак встигне пролетіти десятки
кілометрів. От і виходить, що штурман весь час
Б
буде вимірювати «вчорашній день» —
наносити на карту точки, які далеко не збігаються
із справжнім місцезнаходженням літака.
Щоб позбутися такого роду помилок,
створили автоматичний пеленгатор —
радіокомпас. У ньому рамку обертає електромоторчик,
який дістає «команди» від радіоприймача.
Коли рамка розташована так, що сигнали
радіостанції приймає приймач, він
автоматично вмикає електромоторчик, і рамка починає
обертатися. Це триває доти, поки антена не
стане в таке положення, при якому прийому
немає. Приймач перестає приймати сигнали,
моторчик вимикається, і рамка зупиняється.
Та от літак відхилився від заданого курсу.
Рамка, природно, повернулася разом з ним
і зайняла нове положення відносно
радіостанції. Приймач знову починає приймати
сигнали. Одразу ж вмикається моторчик, який
«доповертає» рамку, поки прийом знову не
припиниться. Стрілка, обертаючись разом з
рамкою, зупиняється вже проти якоїсь іншої
поділки шкали, і штурман бачить: літак
ухилився вбік.
Якщо з’єднати два таких автоматичних
пеленгатори, настроївши перший з них на одну
станцію, а другий на другу, то льотчик у
кожний момент знатиме положення машини
відносно кожної з цих станцій, а координати
повітряного корабля, нанесені на карту,
стануть близькими до справжніх.
Орієнтуватись по радіо можна і з допомогою
найзвичайнісінького радіоприймача. Існують
спеціально напрямлені радіомаяки. У
найпростішому з них передача ведеться на дві
рамкові антени, повернуті під кутом приблизно
130° одна до одної. Одна з них випромінює
у простір телеграфний сигнал, що відповідає
букві А (точка —тире), друга —Н (тире —
точка). Ці сигнали передаються по черзі.
Діаграми напрямленості (вісімки) двох рамкових
антен накладаються, і в просторі утворюються

дві вузькі і дві широкі пелюстки, в яких чути
обидва сигнали. Звичайно використовують
вузькі пелюстки, в напрямі яких проходить
так звана рівносигнальна зона радіомаяка,
тобто лінія, на якій обидва сигнали чути
однаково добре. Рамки орієнтують так, щоб рівно-
сигнальна зона збігалася з маршрутом літака
або корабля. Якщо літак або судно йде точно
за маршрутом, то сигнали А і Н чути з
однаковою гучністю. Але досить тільки кораблеві
відхилитися вбік, як один з сигналів починає
звучати голосніше за другий, наче
застерігаючи: увага, стеж за курсом! Такі маяки
вказують шлях у прибережних водах,
полегшують судноплавство, роблять його безпечним
і надійним.
Напрямлені властивості має також феритова
антена, застосовувана в портативних
приймачах. Вона являє собою стержень з пресованого
феромагнітного матеріалу з обмоткою. Якщо
стержень розташувати вздовж магнітної
складової поля (А), то поле буде концентруватися
в ньому й індукувати е. р. с. у котушці. Якщо
повернути стержень на 90° (Б), то магнітне
поле не перетинатиме витків котушки, і е. р. с.
буде відсутня.
Напрямлена антена дає змогу при радіо-
прийманні уникати завад від сторонньої
передавальної станції, яка працює з тією самою
довжиною хвилі, що й радіостанція, яку
приймають. Площину рамки розташовують
перпендикулярно до напряму на заважаючу
станцію, і в цьому разі е. р. с. заважаючого
сигналу в рамці буде відсутня. В той же час
корисний сигнал може бути прийнятий, якщо
він приходить з іншого напряму.
Антени-хмарочоси, антени-етажерки
Коли треба випромінювати енергію в якомусь
одному точно визначеному напрямі
горизонтальної площини, а також коли
випромінювання у вертикальній площині має бути
якнайбільш пологим (при далекому зв’язку),
доводиться застосовувати складні антени. Як
відзначалося, симетричний вібратор має
напрямлену дію в горизонтальній площині,
причому його характеристика має два максимуми
випромінювання у протилежних напрямах.
Коли на відстані у чверть хвилі позаду
вібратора і паралельно до нього розташувати
провід рівної довжини, то характеристика
випромінювання в горизонтальній площині набуде
вигляду, показаного на рисунку.
При цьому розташований позаду вібратора
провід відіграє роль дзеркала і називається
рефлектором. Випромінювання в бік
рефлектора і прийом з його боку внаслідок
відбивання хвиль будуть дуже ослаблені, тоді як
випромінювання в бік активного вібратора і сила
приймання з його боку значно посиляться.
Для того щоб характеристика напрямленості
стала гострішою, перед вібратором вміщують
кілька паралельних проводів — «директорів»,
чиї довжини дорівнюють приблизно 0,45 X.
Описаним раніш антенам властивий
спільний недолік: енергія випромінюється під
великим кутом відносно горизонту. Цей недолік
значно знижується в багатоярусних антенах,
де вібратори розташовуються один над одним,
утворюючи кілька поверхів.
У таких антенах кут випромінювання
зменшується із збільшенням кількості поверхів.
Багатоярусні антени можуть складатися як
з горизонтальних, так і з вертикальних
вібраторів. Характеристика напрямленості антени
70

в цілому визначається діаграмою
випромінювання кожного поверху окремо.
Застосування багатоярусних антенних
пристроїв доцільне в тих випадках, коли треба
добитися максимальної далекості зв’язку.
Складні антени, маючи гостру напрямленість,
ослабляють дію сторонніх хвиль, що приходять
з напрямів, які не збігаються з напрямом
приймання, тому дія завад слабшає, і це дає
змогу приймати слабші сигнали, тобто
поліпшується чутливість приймання.
До складних антенних систем з гострою
характеристикою напрямленості належить син-
фазна антенна система, що складається з ряду
горизонтальних вібраторів (вони можуть бути
також вертикальними або У-подібними),
розташованих на одній лінії через однакові
проміжки. Коливання до випромінювачів
підводяться у певній фазі. Максимум
випромінювання спрямований перпендикулярно до
лінії, на якій розташовані випромінювачі. Чим
більша довжина такої синфазної антенної
системи тим гостріша характеристика
випромінювання в горизонтальній площині.
Збільшення довжини можна досягти, збільшивши
число випромінювачів або відстань між ними.
Тисяча розмов через одну антену
Особливість радіозв’язку на сантиметрових
і дециметрових хвилях полягає у спільному
розташуванні приймальної і передавальної
апаратури. На одній башті часто ставлять
кілька приймальних і передавальних антен,
напрямлених по-різному.
Системи радіозв’язку на сантиметрових
хвилях часто застосовують для передачі кількох
телевізійних програм або тисяч телефонних
розмов, тобто передавані сигнали займають
широкі смуги частот (десятки мегагерців).
Антени повинні забезпечити випромінювання
й приймання таких сигналів без спотворень
і втрат.
Найпростіший тип антени сантиметрових
хвиль — металевий рупор, з’єднаний з
хвилеводом, по якому підводиться електромагнітна
енергія. Рупор напрямлений односторонньо.
Якщо стінки рупора розходяться під
невеликим кутом і їх розміри досить великі, то
напрямленість порівняно гостра. Короткі ж
рупори, довжина яких становить 5—10 довжин
хвилі, мають широку діаграму напрямленості.
Найбільш поширені в радіозв’язку на
сантиметрових хвилях антени параболічна та
рупорно-параболічна. Параболічна антена
складається з рупора-опромінювача 1 і параболічного
рефлектора 3, який спрямовує хвилі в
потрібному напрямі. Електромагнітна енергія
підводиться до рупора хвилеводом 2. Переваги
цієї антени — простота конструкції,
порівняно малі об’єм і вага і задовільні
характеристики напрямленості.
Для того щоб забезпечити зв’язок на досить
велику відстань, антени доводиться
розташовувати на баштах заввишки в десятки метрів.
Коли радіоустаткування розташовується на
землі, що зручно для обслуговування, то його
доводиться зв’язувати з антеною довгим
хвилеводом, в якому відбуваються втрати енергії.
Друга можливість — розташувати
радіоустаткування на вершині башти, в безпосередній
близькості до антени; при цьому хвилевод
може бути короткий, але підвищуються
вимоги до розмірів башти й ускладнюється
обслуговування апаратури.

БАЧИТИ І РОЗМОВЛЯТИ
ЧЕРЕЗ ТИСЯЧІ КІЛОМЕТРІВ
БЕЗ ПРОВОДІВ
Як відбувається це чудо
Радіозв’язок, як і інші системи зв’язку,
призначений для передачі повідомлень. Це
можуть бути мова, музика та інші звуки;
цифрова й буквена інформація, підготовлена для
передачі у вигляді умовного (кодованого)
запису на бланку; фотографії та штрихові
нерухомі зображення; зображення предметів, які
рухаються.
Передаване повідомлення перетворюється в
електричний сигнал, тобто струм, який
змінюється за відповідним законом, що керує
потужними високочастотними коливаннями в
радіопередавачі. Ці коливання —
радіосигнали — передаються в антену й через неї
випромінюються в навколишній простір у вигляді
електромагнітних хвиль.
Поширюючись від передавальної антени до
місця прийому, хвилі діють на приймальну
антену і створюють у ній слабку змінну е. р. с.
високої частоти, яка змінюється в часі
аналогічно напрузі в передавальній антені.
Прийнятий радіосигнал посилюється в
радіоприймачі й перетворюється в струм такого виду
й такої потужності, щоб потім можна було
з допомогою відповідного пристрою відтворити
передаване повідомлення. Перетворювачами
можуть бути мікрофони, передавальні
телеграфні й фототелеграфні апарати, телевізійні
камери та інші прилади.
У лінії радіозв’язку, побудованій за
спрощеною схемою, повідомлення передаються з
одного пункту в інший, але зворотний зв’язок
неможливий. Радіозв’язок цього роду
називається одностороннім. При односторонньому
радіозв’язку сигнали передавача можуть
приймати багато приймачів, наприклад у
системах радіомовлення.
Другий приклад одностороннього зв’язку —
циркулярна передача. У цьому разі з одного
пункту повідомлення (наприклад, відомчі
розпорядження, матеріали для преси й т. п.)
передаються багатьом споживачам.
Коли треба організувати між якимись двома
пунктами взаємний обмін повідомленнями по
радіо, то в кожному пункті має бути і
передавач, і приймач. У цьому разі радіозв’язок
називається двостороннім.
Метод двостороннього радіозв’язку
називається дуплексним, коли кореспонденти в
пунктах А і В можуть говорити одночасно. При
телеграфному зв’язку за такою схемою
(мікрофон і телефон заміняють телеграфними
апаратами) можлива одночасна передача
телеграми з Л в 5 і з 5 в і.
Для дуплексного радіозв’язку треба, щоб
передачі у прямому (з А в В) і зворотному
(з В в А) напрямах велися на хвилях різної
довжини. Це потрібно для того, щоб приймач
приймав сигнали тільки передавача з
протилежного пункту і не приймав сигналів
власного радіопередавача, бо інакше радіоприйом
утруднений або неможливий. Річ у тому, що
сигнал на хвилі Х2, який приймають в
пункті А з віддаленого пункту В (як і сигнал на
хвилі Х\ в пункті В з А), надто слабкий і тут
потрібний дуже чутливий приймач. У той же
час сигнал, що діє на радіоприймач з боку
власного передавача цього ж пункту, в
мільйони разів сильніший. Такий сильний сигнал,
якби приймач був на нього настроєний,
порушив би нормальну роботу приймача і
зробив би його неспроможним приймати слабкі
сигнали.
При організації радіозв’язку часто прояв-
ТТовідолілення
Повідомлення+
ТТерет6о/>юЄз у
Радіо-

радіо—
Ві'дгпбор/овалб-
повідомлення
пе/Ьедзвач
приймач
/ми л/*о стрій
72

Л\ікро<рон
Дуплексний Зб’язок
Мікрофон
Р4Л
Тєлекрон
Сил*плексний зв'язок
ЛЛікроуьон
ллється обмеженість діапазонів радіохвиль:
усі хвилі розподілені й використовуються на
діючих лініях радіозв’язку, що ускладнює
відкриття нових ліній.
Часто застосовують симплексний метод
радіозв’язку, який менш зручний, але дає змогу
обійтись однією хвилею замість двох. У цьому
разі передавачі та приймачі настроєні на одну
хвилю, причому в кожний момент часу
передача провадиться тільки в одному напрямі,
що забезпечують перемикачі П\ і П2.
Наприклад, у положенні перемикачів, показаному
на схемі, увімкнуті передавач в пункті А
і приймач в пункті Я.
Кореспондент пункту А, закінчивши
передачу своїх сигналів, повідомляє: «Переходжу
на прийом» і переводить П\ у друге
положення (показано штрихами), вимикаючи свій
передавач і вмикаючи приймач. Кореспондент
пункту В переводить перемикач П2 в друге
положення, вимикаючи цим приймач і
вмикаючи передавач, і починає передачу. Тепер
діятимуть передавач пункту В і приймач
пункту А.
При невеликій потужності передавача часто
вдається обходитися в кожному пункті однією
антеною, що діє як передавальна і як
приймальна. Це дає змогу зменшити розміри
й спростити конструкцію устаткування.
Щоб забезпечити високоякісний і надійний
радіозв’язок на великих відстанях,
застосовують радіопередавачі значної потужності
(в десятки й сотні кіловат). Такий передавач
звичайно використовують одночасно для
передачі повідомлень через кілька телеграфних
апаратів, а нерідко і для деяких одночасних
телефонних розмов. Він не може вимкнутися,
коли один з кореспондентів переходить з
передачі на прийом. Коли навіть приймач
настроюють не на ту довжину хвилі, на яку
настроєний передавач, важко забезпечити його
нормальну дію поблизу передавача такої
великої потужності, як у даному разі. Приймач
і передавач доводиться розміщувати на
відстані в десятки кілометрів один від одного,
тобто обладнувати окремі приймальні й
передавальні радіостанції.
Столиці союзних республік, адміністративні
центри та центри великих промислових
районів звичайно з’єднують лініями радіозв’язку
з кількома пунктами, для чого треба мати
відповідну кількість комплектів
передавального і приймального устаткування. У цих
умовах передавачі та передавальні антени
розташовують на об’єднаній станції —■
передавальному радіоцентрі. Аналогічно приймачі та
приймальні антени розташовують на
приймальному радіоцентрі.
73

Приймальний радіоцентр розташовують
осторонь населених пунктів та електрифікованих
залізниць, щоб випромінювання різних
електроустановок не заважали прийманню.
Поблизу найбільших центрів країни, що мають
багато внутрішніх і міжнародних радіозв’яз-
ків, звичайно обладнують кілька
передавальних і приймальних радіоцентрів.
Щоб з’єднати джерела повідомлень з
радіопередавачами і радіоприймачами, у населених
пунктах обладнують радіобюро, які, крім
того, контролюють справність і якість
радіозв’язку. Сигнали в радіобюро надходять з
міжміської або міжнародної телефонної станції,
з телеграфної і фототелеграфної апаратних,
з радіомовної апаратної (для передачі в інші
міста програм мовлення) та з інших
підрозділів, куди надходять для передачі по радіо різні
повідомлення (телефонні, телеграфні).
Радіобюро має в своєму розпорядженні засоби
службового зв’язку, з допомогою яких
керують лініями радіозв’язку.
Застосування і перспективи
Є кілька видів радіозв’язку. Найзначніші
з них — зв’язок між наземними нерухомими
станціями; зв’язок нерухомої станції з
рухомими або зв’язок рухомих станцій між собою;
радіомовлення — звукове і телевізійне. Крім
того, є служби стандартних частот і сигналів
часу, які передають спеціальні сигнали з
високою точністю частоти коливань і часу
передачі для перевірки годинників та різних
приладів; служби портового й аеродромного
зв’язку, які обслуговують морський і
повітряний транспорт; космічна служба та деякі інші.
Для самовдосконалення спортсменів-радіолю-
бителів і для їх технічних експериментів існує
любительський радіозв’язок.
За угодою між країнами — членами
Міжнародної спілки електрозв’язку для кожного
виду радіозв’язку рекомендуються певні
ділянки діапазонів хвиль. Хвилі виділяються
також і для радіонавігації, аеродромних
систем посадки літаків, космічних досліджень,
радіоастрономії та метеорології.
Є два основних способи радіозв’язку:
прямий зв’язок, при якому повідомлення
з одного кінцевого пункту радіолінії
безпосередньо передаються на другий кінцевий пункт;
радіорелейний зв’язок, при якому
радіосигнали послідовно передаються по ланцюжку
радіостанцій: від А до Б, підсилюються на ній
і передаються до В, від В до Г і т. д.
Визначаючи галузі застосування й
перспективи розвитку радіозв’язку, треба зважати на
обмеженість хвильових радіодіапазонів і на
зв’язану з цим складність виділення частот
для кожної нової лінії радіозв’язку. Тому,
коли немає особливої потреби
використовувати радіо, застосовують засоби проводового
зв’язку.
Низові абонентські телефонні й телеграфні
мережі в населених пунктах роблять прово-
довими (кабельними), оскільки з огляду на їх
масовість і розподіл по території застосування
в них радіо вимагало б виділити надто багато
хвиль. Крім того, застосування радіо
ускладнило б абонентську апаратуру, яка повинна
бути по можливості простою. Слід також мати
на увазі, що лінії радіозв’язку більше, ніж
кабельні лінії, зазнають дії завад, а іноді
починають гірше діяти, коли змінюються умови
поширення радіохвиль. Однак на багатьох
фіксованих напрямах з погляду технічного
й економічного вигідно використовувати радіо
як основний засіб зв’язку.
Особливо великі можливості й перспективи
радіорелейного зв’язку на дециметрових та
сантиметрових хвилях. У цих діапазонах
можна застосовувати антени з дуже гострою
напрямленістю. При передачі вони
концентрують випромінювання в потрібному напрямі
у вигляді вузького променя, а при прийомі не
реагують на сторонні коливання, напрями
приходу яких не збігаються з напрямом на
пункт передачі. Це дає змогу обходитися
малою потужністю передавачів, а також багато
разів застосовувати одні й ті самі хвилі, не
боячися взаємних завад передавачів. У той же
час у цих діапазонах (особливо на
сантиметрових хвилях) провадиться ефективне
багатоканальне ущільнення радіоліній сотнями
й тисячами телефонних каналів, кожний з
яких, коли треба, можна вдруге ущільнити
десятками каналів телеграфування або
передачі цифрових даних для обчислювальних
центрів, автоматизованих систем управління
(АСУ) і т. п. Поряд з кабельними
магістралями успішно застосовуються в нашій країні на
багатьох напрямах радіорелейні лінії,
забезпечуючи міжміський обмін програмами
телебачення та багатоканальний телефонний зв’язок.
Лінії радіозв’язку великої довжини без
проміжних ретрансляцій, ущільнені порівняно
малим числом телефонних або телеграфних
каналів, доцільно використовувати як
основний засіб зв’язку у важко доступних та мало-
населених районах. Невеликої пропускної
74

спроможності цих ліній з огляду на малий
обмін на таких напрямах часто буває досить,
а прокладання й експлуатація кабельних
магістралей чи будівництво радіорелейних ліній
обійшлися б набагато дорожче. Радіолінії
дають можливість легко відкривати нові
зв’язки на потрібному напрямі, оскільки не треба
проводити робіт між кінцевими пунктами.
Кінцеві станції можна обладнати за короткий
строк. Це робить радіозв’язок цінним
резервом для заміни провідних і кабельних ліній
в разі пошкодження. Коли ж справно працює
кабельна магістраль, радіолінію можна
використовувати при перевантаженні.
До основних видів застосування радіо, де
його неможливо або важко замінити іншими
засобами, належать радіо- й телевізійне
мовлення; міжконтинентальні лінії зв’язку на всіх
напрямах, де немає трансокеанських кабелів
або пропускна спроможність цих кабелів
недостатня; зв’язок з рухомими об’єктами
для службових потреб і для надання
можливості вести переговори з абонентами в
населених пунктах країни пасажирам
автомобільного, залізничного, морського та повітряного
транспорту; зв’язок з експедиціями та
дрейфуючими станціями; зв’язок з космічними
кораблями та міжпланетними станціями;
внутрівиробничий зв’язок на підприємствах з
рухомими об’єктами або з об’єктами, які
переміщаються; зв’язок у сільському господарстві
(з трактористами, з пастухами при відгінному
тваринництві тощо), в лісопромислових
господарствах, у геологорозвідувальних партіях
і т. п.; нерегулярні або тимчасові лінії зв’язку.
Засоби радіозв’язку входять невід’ємною
частиною в систему електрозв’язку країни і
відіграють величезну роль у народному
господарстві, розвитку соціалістичної культури,
обороні й наукових дослідженнях.
Останні роки характеризуються особливо
швидким розвитком системи рухомого
радіозв’язку. Це викликано ростом морського,
повітряного, автомобільного та залізничного
транспорту, яким уже неможливо керувати
без надійного оперативного зв’язку. А
зростання міст і міського господарства викликало
потребу в системах зв’язку для швидкої
медичної і технічної допомоги, пожежної
охорони, міліції тощо.
Важливу роль починає відігравати і так
званий персональний радіозв’язок на
виробничих підприємствах, що в багатьох випадках
ефективно сприяє підвищенню продуктивності
праці.
Чи можна «ущільнити» хвилю
Надзвичайно важлива роль засобів зв’язку
в народному господарстві, в обороні країни та
в розвиткові культури привела до швидкого
зростання числа передаваних повідомлень
усіх видів і викликала потребу збільшити
пропускну спроможність мереж зв’язку. На
багатьох напрямах треба передавати
одночасно сотні телефонних розмов і сотні телеграм,
величезні потоки цифрової інформації АСУ
і т. п. Якби для кожної телефонної розмови
по радіо застосовувались окремі передавачі
та приймачі, то система радіозв’язку на таких
напрямах стала б надзвичайно складною і
дорогою.
Більш доцільний вихід із становища —
ущільнити радіолінії, використовуючи один
передавач і один приймач для одночасної
передачі кількох повідомлень.
Крім економії устаткування, ущільнення
дає змогу ефективніше використовувати
смуги частот, відведених для роботи кожної
радіолінії. Це дуже важливо, бо деякі діапазони
хвиль уже повністю зайняті діючими
радіостанціями.
Сукупність технічних засобів, які
забезпечують передачу повідомлення від кожного
даного джерела до його одержувача, називається
каналом зв’язку. Оскільки радіолінія в цьому
разі забезпечує кілька каналів зв’язку, вона
називається багатоканальною. Сигнал, що
передається по кожному окремому каналу,
називається канальним сигналом.
Системи багатоканального зв’язку
відрізняються методами поділу групового сигналу на
окремі канальні сигнали. Найширше
застосовується частотний і часовий поділ каналів.
В основі частотного поділу лежить перенос
частотних спектрів канальних сигналів за
частотою.
Згадайте, як працює звичайний
радіотелефонний передавач. У ньому несучі коливання
радіочастоти модулюються коливаннями
нижчої звукової частоти.
Цей процес можна дублювати. Скажімо, так:
коливання звукової частоти модулюють
коливання високої частоти, а останні, в свою чергу,
модулюють коливання надвисокої частоти.
Уявіть собі тепер, що в нашому розпорядженні
є ряд радіотелефонних передавачів, які
працюють у діапазоні кілометрових хвиль на
суміжних частотах або, як ще кажуть, в
сусідніх каналах. Що буде, коли модульованими
коливаннями цих передавачів, у свою чергу,
75

Перетворю вл чі
повідомлень у сигнали
&ідт6орк>в&лбно</
Ярцстріи
%
І
ч>
§
1
І
£
І
І
і*
4
І
,1
і
І
5
6
і
|
§;
О
промодулювати коливання якогось одного
передавача дециметрових або сантиметрових
хвиль? Станеться ось що. Весь спектр частот,
який займають наші довгохвильові передавачі,
«переселиться» з тісного, перенаселеного
діапазону довгих хвиль у просторий
надвисокочастотний діапазон. І всю масу телефонних
переговорів, для яких раніш потрібно було
безліч самостійних передавачів і ліній
зв’язку, тепер обслуговуватиме одна радіорелейна
лінія.
При часовому ущільненні каналів
використовується імпульсна модуляція, з якою ми
вже знайомі. За числом каналів вибирають
імпульсні послідовності, кожна з яких несе
своє повідомлення.
Хвиля «в бушлаті»
Для морського флоту радіо — практично
єдиний засіб зв’язку.
Регулювання руху кораблів, обслуговування
телефонним і телеграфним зв’язком членів
команд і пасажирів кораблів, приймання
метеорологічних карт, передача сигналів біди
і т. д.— все це вимагає надійних засобів
радіозв’язку. Оскільки треба забезпечити зв’язок
і з портом приписки корабля, і з портами,
куди заходить корабель на своєму шляху,
тобто і на великих, і на малих відстанях,
і в водах різних країн, доводиться
застосовувати радіоапаратуру, що працює на
кілометрових, гектометрових, декаметрових, метрових
і навіть коротших хвилях.
Крім засобів зв’язку, на кораблях є
навігаційна радіоапаратура, що забезпечує точне
й автоматичне визначення координат на карті
за сигналами наземних радіомаяків. У
гарантуванні безпеки руху в морі вночі та при
поганій видимості велику роль відіграють
радіолокатори. Ведучи корабель, штурман
користується радіопеленгатором або
радіокомпасом, який дає змогу точно встановити курс
за сигналами наземних радіомаяків.
До складу суднового радіоустаткування
можуть входити прилади для розпізнавання
суден, які наближаються до порту. Звичайно
вони зв’язані з радіолокаційною апаратурою.
При опромінюванні корабля береговим
радіолокатором спрацьовує спеціальний бортовий
прийомовідповідач і передає на берег
кодований сигнал, що містить умовні відомості про
корабель.
Експлуатація бортових радіопристроїв на
флоті ускладнюється тим, що потужні
передавачі, чутливі приймачі й
електроустаткування, які можуть створювати радіозавади,
зосереджені в одному місці, у межах невеликого
простору. Тут важче боротися з завадами
прийому, що йдуть від місцевих передавачів
та електроустаткування, і це позначається на
їх конструкції. Зокрема, приймачі доводиться
сильно екранувати і в колах їх живлення
ставити завадозахисні фільтри. На вході суднових
76

приймачів ставлять фільтри з підвищеною
селективністю. Цим запобігають дії надмірних
завад від власних передавачів на перший
(з боку входу) нелінійний елемент
(транзистор, лампу і т. п.) приймача, що могло б
спричинити сильні завади через перехресну
модуляцію.
Електрообладнання та електропроводку на
кораблі уважно проектують так, щоб гранично
ослабити можливі завади радіозв’язку. В
окремих випадках проводку екранують. Об’єкти
устаткування забезпечують фільтрами для
переборення завад. Антени розташовують по
можливості вище й далі від
електроустаткування й металевих конструкцій, по яких
можуть поширюватися завади (труби, ванти).
Фідери екранують. Радіорубку розташовують
над верхньою палубою і роблять її як
екрановане приміщення, добре захищене від
зовнішніх електромагнітних впливів. Вживають
заходів, щоб завади не могли проникнути
в радіорубку через вводи електромережі.
Тривала ізольованість кораблів під час
далеких рейсів та їх залежність від стихійних
умов змушують надавати особливого значення
надійності тривожної сигналізації. За
міжнародними угодами виділено спеціальні частоти
для сигналів біди. Для передачі та
приймання цих сигналів є спеціальна автоматична
апаратура. Телеграфний сигнал БОБ
передається на частоті 500 кГц. Телефонний сигнал
біди «мейдей» передається на частоті 2182 кГц.
Крім того, можлива автоматична передача
сигналу тривоги у вигляді переміжних
посилок тонів 1,3 і 2,2 кГц тривалістю по 0,25 с.
Двічі на годину (на початку і в середині
кожної години) всі радіостанції морської рухомої
служби припиняють роботу в смузі 2170—
2194 кГц і ведуть черговий прийом на частоті
2182 кГц протягом 3 хв.
Радіорегламент, крім сигналів біди,
передбачає певні види сигналів тривоги,
терміновості й безпеки; усі, хто почув ці сигнали,
повинні негайно припинити радіопередачі і
вжити заходів для їх приймання. Певна
частота (8364 кГц) виділена також для
рятувальних засобів служби морської безпеки. На
цій частоті наземні станції морської рухомої
служби забезпечують черговий прийом і
пеленгацію. Для сигналів виклику й безпеки
виділено частоту і в метровому діапазоні
(156,8 МГц).
До актуальних проблем належить
сполучення ліній морського радіозв’язку з наземними
мережами міжміського телефонного зв’язку.
Розробляється міжнародна система
селективного виклику для ліній радіозв’язку з
кораблями, яка забезпечить чітке сполучення
наземних станцій з кожним кораблем, де б він
не перебував, подібно до виклику через АТС
звичайного телефонного абонента. Для цього
в певних смугах частот передбачено частоти
виклику з інтервалами через 1 кГц, які
можуть присвоюватись кораблям.
Передбачається, що розроблювана система селективного
виклику матиме близько 60 000 кодових
комбінацій, що дасть змогу включити в
автоматизований телефонний зв’язок практично всі
кораблі, які його потребують.
У пілотській кабіні
Умови радіозв’язку в авіації мають багато
спільного з умовами морського радіозв’язку.
Де в чому становище тут простіше, оскільки
польоти значною мірою відбуваються над
сушею і по постійних трасах, обладнаних
достатньою кількістю постійних радіозасобів.
Польоти відбуваються в основному на досить
великій висоті, і це дає змогу ширше
використовувати метрові, дециметрові й
сантиметрові хвилі, оскільки далекість радіозв’язку на
цих хвилях становить сотні кілометрів. В
результаті тут легше розв’язати проблему
виділення частот для радіозв’язку.
Дуже великі швидкості польоту привели до
того, що літак буває в повітрі лише кілька
годин, і це знижує вимоги до обсягу
інформації, яка передається по лініях радіозв’язку.
Проте становище ускладнюється тим, що на
літаку мало місця для радіоапаратури. Це
різко обмежує її розміри, вагу й споживану
потужність. Особливо важко спорудити
хорошу антену, бо вимоги, які ставляться до
аеродинамічних властивостей літака, не
дозволяють кріпити на його фюзеляжі й несучих
площинах якісь додаткові об’єкти, що
збільшують лобовий опір. Застосовуються
конструкції антен з обтічними поверхнями, які
не виступають за контури літака; цим теж
визначається використання метрових і
дециметрових хвиль.
На літаку, як і на кораблі, може бути
багато пілотажно-навігаційного радіоустаткування,
як-от: радіокомпас, радіолокатор колового
огляду для бачення місцевості в нічний час
і крізь хмари, приймач навігаційної системи
для автоматичного визначення координат,
радіовисотомір, системи керування зльотом та
сліпою посадкою і т. п. При такій кількості
77

радіоапаратури і при наявності розташованого
в безпосередній близькості потужного
електрообладнання особливо важко запобігати
взаємним радіозавадам, тобто забезпечити
нормальну спільну дію всіх об’єктів
устаткування. Це проблема так званої електромагнітної
сумісності радіозасобів. В останні десятиріччя
вона привернула увагу багатьох дослідників.
На залізницях
Координувати рух багатьох тисяч поїздів
з точним додержанням графіків,
гарантуванням високих швидкостей і безпеки неможливо
без розгалуженої мережі кабельних і
радіорелейних ліній. Ця мережа повинна
забезпечити безперервний надійний зв’язок
управлінь, контор, відділків, станцій та інших
підрозділів залізничного транспорту,
розташованих на величезній території. Особливе
значення мають засоби зв’язку при автоматизації
керування транспортом. Є два види сталого
зв’язку: індукційний зв’язок і радіозв’язок
на метрових або дециметрових хвилях.
При індукційному зв’язку апаратура поїзда
зв’язується через магнітне поле з повітряною
провідною лінією, підвішеною вздовж
залізничної колії. Але цей зв’язок має обмежені
перспективи через малу пропускну
спроможність і досить високий рівень завад.
Радіо дає змогу не тільки забезпечити
передачу службової інформації, а й надати
пасажирам можливість зв’язатися під час руху
поїзда з абонентами в будь-яких населених
пунктах країни по міжміській телефонній
мережі. Для цього можна використати станції
радіорелейної лінії, що проходить уздовж
залізниці. Розташоване на таких станціях
додаткове устаткування зв’язують з поїздами, що
проходять на дільницях, які обслуговують ці
станції. Канали зв’язку, виділені для кожного
поїзда і сполучені з міжміською мережею,
автоматично перемикаються в міру того, як
поїзд рухається від однієї з суміжних
дільниць до іншої. Станції суміжних дільниць
працюють на різних хвилях, як у
радіорелейних лініях. Поїзна радіостанція автоматично
перемикається послідовно з однієї станції на
іншу, вибираючи частотний канал тієї станції,
від якої виходить сильніший сигнал.
В аудиторіях і конференц-залах
Наслідком розвитку транзисторної
електроніки стало поширення мініатюрної
радіоапаратури. Спочатку (з 1953 по 1955 р.) це були
головним чином кишенькові радіомовні
приймачі. Другий характерний вид кишенькової
апаратури — приймачі систем синхронного
перекладу на нарадах, які проводяться різними
мовами.
У залі засідань обладнують будки з
мікрофонами для кількох перекладачів. Перекладачі
слухають через головні телефони промову
оратора або один з її перекладів і негайно
перекладають на іншу мову.
Учасники наради мають мініатюрні
кишенькові приймачі з головними телефонами. У
приймачі є перемикач на кілька положень за
числом робочих мов. Повертаючи перемикач у те
чи інше положення, можна слухати одного
з перекладачів або оратора. Приймач дає
змогу слухати промови не тільки в залі
наради, а й у прилеглих приміщеннях або в межах
усього будинку.
У системах синхронного перекладу
використовують індукційний зв’язок. Сигнал
підсилюється підсилювачем, вихідна потужність
якого залежить від розмірів приміщення
(звичайно десятки ват). Уздовж стін будинку
прокладають провід у вигляді петлі,
під’єднаної через трансформатор до виходу
підсилювача. У великих будинках можна
влаштовувати кілька петель, з’єднаних паралельно або
послідовно. їх завдання — створити магнітне
поле достатньої напруги. Приймач виконують
за схемою прямого підсилення. Для
приймання сигналу та виділення потрібного каналу
є феритова антена і мініатюрні фільтри.
Нерідко промовець або лектор вільно
рухається під час виступу. Цю можливість дає
ручний мікрофон або нагрудна мікрофонна
арматура, зв’язана гнучким кабелем із входом
підсилювача. Останнім часом почали
застосовувати радіомікрофони. До одягу промовця
прикріплюють затискачем мініатюрний
мікрофон, а в кишеню вкладають транзисторний
передавач з коротким гнучким провідником,
який править за антену. Радіосигнал від
передавача приймається на відстані до
кількох десятків метрів радіоприймачем, детек-
тується, і одержаний сигнал звукової частоти
надходить після додаткового підсилення в
гучномовці або головні телефони.
У радіомікрофонах звичайно використовують
метрові хвилі.
На ваш виклик
Можливість швидко знайти і викликати
потрібного співробітника підприємства має
велике значення в організації праці та
підви78

щенні її продуктивності. В останні роки
широко застосовуються так звані системи
персонального виклику, що діють у межах
будинку або певної території.
Для цього іноді застосовують примітивні
системи акустичного виклику через
гучномовці, розставлені в будинку, які
заважають усім співробітникам підприємства і тому
небажані.
Існуючі системи радіовиклику розраховані
на різне число осіб, яких викликають (від
кількох десятків до кількох тисяч), і на
обслуговування різних територій — від одного
будинку до цілого міста. Велику роль системи
такого роду можуть відіграти й у піднесенні
організаційного рівня сільськогосподарського
виробництва.
До таких систем належать:
Односторонній селективний виклик. У цьому
разі мініатюрний кишеньковий приймач
(розміром приблизно з автоматичну ручку або
коробку сірників, вагою менш як 100 г) дає
досить гучний періодичний тональний сигнал.
Почувши сигнал, співробітник повинен або
зайти до особи, яка його викликає, або піти
до телефонного апарата й зв’язатися з цією
особою по телефону.
Системи такого роду звичайно дають
можливість і циркулярного виклику, який
посилають одночасно всім співробітникам або їх
певній групі.
Є системи виклику описаного типу для
зв’язку з автомобілями в масштабах міста.
Антену викличного передавача розташовують
на даху однієї з найвищих будівель.
Одержавши виклик, водій автомобіля має доїхати
до телефона-автомата й набрати номер
центральної станції радіовиклику, після чого буде
з’єднаний з абонентом, який викликає його.
В останні роки системи цього типу швидко
розвиваються в ряді країн.
Односторонній виклик з наступною мовною
передачею розпорядження. В цьому разі,
одержавши звуковий сигнал, викликаний натискає
кнопку і перемикає приймач на прийом
телефонного повідомлення.
Двосторонній зв*язок. Викликуваний може
перемкнути свій апарат на передачу й
відповісти тому, хто його викликає.
Системи персонального виклику для
обслуговування невеликої території (звичайно
всередині будинку) при невеликому числі
приймачів (порядку 20) часто працюють на
кілометрових хвилях (частоти порядку 50—
100 кГц) за індукційним принципом; цей же
принцип використовується в описаних раніш
системах синхронного перекладу.
Система селективного радіовиклику для
великого будинку або виробничого
підприємства звичайно складається з передавача
потужністю в кілька ват, що працює здебільшого
в діапазонах метрових хвиль; ненапрямленої
антени (наприклад, вертикального вібратора),
установлюваної всередині або назовні
будинку; кодуючого пристрою з дисковим або
клавішним набором номера, присвоєного
приймачеві викликуваної особи; мініатюрних
кишенькових приймачів або прийомопередавачів.
Викличний передавач дає сигнали,
модульовані різними тонами або комбінаціями тонів
(при великому числі абонентів). У приймачі
кодова комбінація викличних тонів
декодується тональними фільтрами. Зокрема, для
цього застосовують мініатюрні зумери з
вібруючим пружинним якорем, настроєним на
потрібний тон. При числі селективних
викликів порядку 100 потрібної комбінації тонів
досягають послідовним натискуванням двох
клавіш або набиранням двох цифр з
допомогою набірного диска; при ще більшому числі
номерів набирають три цифри і т. д., тобто
система виклику подібна до тієї, що
застосовується в автоматичній телефонії.
У системах, які забезпечують двосторонній
телефонний радіозв’язок, обладнується
центральна автоматична телефонна станція — ра-
діо-АТС, зв’язана з місцевою телефонною
мережею, яка забезпечує вмикання до неї
абонентів радіотелефону. Ці системи порівняно
складні й існують у різних варіантах.
Головна складність на шляху широкого
розвитку радіотелефону зв’язана з тим, що
небажано виділяти кожному абонентові фіксовану
частоту, бо це потребувало б дуже великого
числа частотних каналів. Оскільки одночасно
займають радіотелефон порівняно небагато
абонентів, виділені частоти
використовувалися б неефективно. Ось чому частот виділяють
значно менше від числа абонентів. Правда,
в цьому разі процес радіовиклику повинен
включати автоматичний пошук незайнятого
каналу, що ускладнює апаратуру.
Поява кишенькових транзисторних
приймачів була початком процесу мініатюризації
складної радіоапаратури, який привів до
швидкого удосконалення систем радіовиклику.
Немає сумніву, що розвиток цих систем
триватиме. Ще рано говорити про персональний
відеотелефонний зв’язок, але радіотелефонний
уже реальний. Системи персональної радіо-
79

©~
Ш—
телефонії в майбутньому, очевидно, дадуть
змогу кожній людині зв’язуватися з будь-якою
іншою, де б вона в даний момент не
перебувала.
НАДКОРОТКІ ХВИЛІ -
НАДДАЛЕКІ ВІДСТАНІ
Сигнал за естафетою
Метрові, дециметрові й сантиметрові хвилі
мають ряд переваг, до яких, наприклад,
належить можливість посилати їх вузьким
пучком. На цьому грунтується дія радіолокаторів.
На ультракоротких хвилях мало завад, і якість
радіопередач тут вища, ніж на інших
діапазонах.
Та от «далекобійність»
ультракороткохвильових станцій невелика. А чи не можна її
збільшити? Можна, якщо використати
радіорелейний зв’язок. Лінія радіорелейного зв’язку
являє собою ланцюжок порівняно
малопотужних приймально-передавальних радіостанцій,
що працюють на дециметрових або коротших
хвилях і знаходяться в межах прямої
видимості одна від одної, тобто на відстані близько
50 км. Сигнали, послані вузьким променем
з однієї станції, приймаються на другій,
підсилюються, потім передаються на третю, знову
підсилюються і т. п.
Між кінцевими станціями А і В
встановлюється багатоканальний зв’язок: Пд і Пр —
передавачі і приймачі. Зв’язок здійснюється
через проміжні станції (7пр.
На рисунку показано тільки дві такі
станції, але на радіолініях значної довжини їх
кількість може досягати ста і більше.
На кожній проміжній станції є не менш як
по два приймачі і по два передавачі.
Прийнятий і підсилений сигнал надходить на
передавач і випромінюється на іншій частоті до
наступної станції і т. д.
Частоти передавачів вибирають так, щоб
уникнути завад прийому. Якщо передавач
станції А випромінює сигнал на частоті /і,
то приймач цієї станції має бути настроєний
на частоту /2. Відповідно приймач зліва на
Спр1 настроюється на частоту а передавач
того ж напряму —на /2. Різницю між /і і /2
вибирають досить великою. Тоді дія
випромінювання передавача станції А на частоті /і
на приймач тієї ж станції, настроєний на /2,
і дія передавача Спр1 на частоті /2 на приймач
зліва, настроєний на /і, при достатній
селективності приймачів не становить небезпеки.
При недосить гострій напрямленості антен
бажано, щоб приймачі кожної проміжної
станції були настроєні на різні частоти. Якщо,
наприклад, приймач справа на станції Спр1
буде настроєний на ту саму частоту, що
й приймач зліва, тобто на /і, то не виключена
можливість проникання сигналу від станції А,
призначеного для приймача зліва, на вхід
приймача справа, що несприятливо
позначиться на якості зв’язку. Причиною завади
може бути також попадання в антену цього
приймача сигналу станції А, відбитого якимсь
об’єктом в околицях станції Спр1.Якщо треба
уникнути таких завад, приймач справа
настроюють на частоту /3, на якій має
працювати і передавач наступної проміжної стан-
«ІЇСпр2-
Передавач Спр1 для напряму вправо не
повинен працювати на частотах /і і /3, бо він
80

може перешкодити приймачам цієї самої
станції, які працюють на цих частотах. Бажано
також не використовувати частоту приймача
найближчої станції зліва, тобто /2, оскільки
при недостатній напрямленості антени
часткове випромінювання вліво може створити
завади цьому приймачеві. Тому передавач
правого напряму на станції Спр1 працює на
частоті /4. Відповідно передавач і приймач
лівого напряму на станції Спр2 теж працюють
на частотах /3 і /4 У передавачі та приймачі
правого напряму цієї станції можна знову
використати частоти /і і /2 і т. д. Отже, для
радіорелейного зв’язку в цьому разі потрібні
чотири частоти.
При високоякісних антенах, захищених від
випромінювань з напряму, протилежного
основному напрямові їх дії, а також при
старанному виборі пунктів розміщення станцій,
які запобігають завадам через відбиття від
навколишніх об’єктів, можна обмежитися
двома частотами.
Магістральні радіорелейні лінії з великою
пропускною спроможністю звичайно будують
за цією схемою.
Передавачі та приймачі радіорелейних ліній
мають широку, але обмежену смугу
пропускання. Ця смуга достатня для передачі
програми телебачення чи багатьох телефонних
розмов (приблизно до двох тисяч). На
важливих магістральних напрямах іноді треба
одночасно передавати дві чи більше телевізійних
програм. На цих напрямах монтують кілька
паралельно працюючих передавальних і
приймальних комплектів апаратури
радіорелейного зв’язку, що працюють у різних
радіочастотних каналах і мають власну апаратуру
ущільнення. Сукупність устаткування, яке
забезпечує зв’язок в одному радіочастотному
каналі в кожному напрямі, називається
стволом радіорелейної лінії.
Для всіх комплектів апаратури даної
станції використовують спільні приміщення,
антенні башти й устаткування електропостачання,
отже, дешевше побудувати лінію з кількох
стволів, ніж спорудити кілька самостійних
ліній. Смуга пропускання антени значно
ширша за смугу пропускання апаратури
одного ствола, тому можна використовувати
спільну антену для кількох стволів, що дає
додаткову економію.
Крім робочих стволів, у складі
радіорелейної лінії є резервні комплекти устаткування,
на які перемикають навантаження в разі
несправності одного з стволів. Крім того,
можна застосовувати окремий комплект
устаткування допоміжного (службового) зв’язку,
пропускна спроможність якого звичайно значно
менша за пропускну спроможність основних
стволів. У деяких випадках службовий зв’язок
здійснюється в іншому частотному діапазоні
і використовує окремі антени. ,
Радіорелейні лінії для багатоканального
телефонного зв’язку та обміну телевізійними
програмами працюють головним чином на
сантиметрових хвилях. Такі хвилі дають
змогу зайняти ширші смуги й відповідно
збільшити пропускну спроможність ліній, а також
зменшити розміри антен при збереженні
гострої напрямленості їх дії. Однак при
вкороченні хвилі нижче за 5 см, тобто при
збільшенні частоти вище за 6 ГГц, посилюється
поглинання хвиль в атмосфері, особливо при дощі,
снігу й тумані. Тому лінії великої
протяжності працюють найчастіше в діапазонах
частот близько 4 і 6 ГГц. Більш високими
частотами користуються для порівняно коротких
ліній або при менших відстанях між
проміжними станціями.
Для кожної радіорелейної лінії виділяють
смугу частот, ширина якої залежить від
пропускної спроможності устаткування. Для
систем, що працюють у діапазонах 2 і 4 ГГц
і мають у кожному стволі приблизно 2000
телефонних каналів або канал телебачення,
рекомендується виділяти смугу в 400 МГц. У цій
смузі утворюються 12 радіочастотних каналів
для шести стволів: шість каналів прямого
напряму і шість — зворотного. У діапазоні
6 ГГц рекомендується виділяти смугу 500 МГц,
81
6 220

в якій утворюються 16 радіочастотних каналів
для восьми стволів такої ж ємності. На вищих
частотах застосовуються частоти ще більшої
ємності.
У радіорелейному зв’язку поширені
головним чином системи з частотним поділом, які
дають змогу одержати в одному стволі
найбільше число телефонних каналів.
Основною одиницею ущільнення є
телефонний канал, що займає смугу частот від
=300 Гц до ^акс =3,4 кГц.
Телевізійний сигнал займає смугу частот
більш як 6 МГц, що практично відповідає
ширині всього спектра сигналу при виході
телефонних багатоканальних систем ущільнення.
Тому для телевізійної програми
використовують цілком один із стволів радіорелейної
лінії. Звичайно на лінії, яка має кілька
стволів, один чи два призначаються для
телебачення, решта — для телефонного зв’язку.
При багатоканальному телефонному зв’язку
з частотним ущільненням на радіорелейних
лініях застосовують частотну модуляцію:
частота радіопередавача змінюється в такт з
багатоканальним сигналом.
Несправність одного з багатьох десятків
приймачів і передавачів, які входять до
складу устаткування ствола радіорелейної
магістралі, спричиняє перерву в роботі цього ствола.
Якщо ствол працює в системі
багатоканального міжміського телефонного зв’язку, то
перериваються сотні або тисячі телефонних
розмов; якщо ствол телевізійний, то
переривається робота всіх телевізійних передавачів,
які одержують програму по цьому стволу,
тобто перестають працювати десятки тисяч
телевізорів. Отже, апаратура радіорелейного
зв’язку має бути дуже надійною, працювати
багато діб, не знижуючи якості. При надійній
і стійкій апаратурі не треба мати постійного
обслуговуючого персоналу.
Якщо виникає несправність, її необхідно
усунути дуже швидко, щоб перерва зв’язку
не була помітною, тобто за частки секунди.
Так швидко виявити й усунути несправність
можуть тільки автомати.
Місця для спорудження проміжних станцій
вибирають так, щоб забезпечити стійкий
зв’язок при мінімальних матеріальних
затратах. Багато станцій розташовано далеко від
населених пунктів, тому важко забезпечити
постійну присутність на них чергових
працівників.
Отже, ясно, що проміжні станції повинні
працювати автоматично, без обслуговування.
Станції з обслуговуючим персоналом — їх
називають головними — розташовані в
населених пунктах. Між головними станціями
розташовують 4—6 автоматичних необслуговува-
них станцій, протяжність автоматизованої
дільниці становить 200—300 км. Коли якийсь
з об’єктів устаткування необслуговуваної
станції виходить з ладу, його автоматично заміняв
резервний комплект, а на найближчу головну
станцію подається сигнал; за цим сигналом,
щоб усунути несправність, вирушає ремонтна
бригада.
Поточний контроль за справністю і
стабілізація режимів роботи апаратури й
допоміжного устаткування включають такі операції:
спостереження за показами стрілочних
вимірювальних приладів;
вимірювання характеристик і режимів
апаратури з допомогою переносних контрольно-
вимірювальних приладів. Для під’єднання
приладів в апаратурі роблять спеціальні
виводи;
автоматичну подачу сигналів при зупинці
вентиляторів повітряного охолодження
потужних підсилювачів і передавачів при
недопустимому спаді рівня сигналу на виході
підсилювачів проміжної частоти приймачів або
кінцевих каскадів передавачів, при
перемиканнях з робочих комплектів апаратури на
резервні, при різних змінах режимів
електроживлення й температури в приміщеннях
станцій (наприклад, при пожежі) і т. п. Для
сигналізації використовують відповідні
вимірювачі контрольованих параметрів — датчики;
наскрізний контроль роботи даної станції
або ряду станцій по проходженню так званого
пілот-сигналу певної частоти й інтенсивності.
Генератори пілот-сигналу встановлюють на
кінцевих і головних станціях. Неприпустиме
зменшення рівня пілот-сигналу на виході
приймача може бути використане для
автоматичної сигналізації несправностей, а також
в автоматиці перемикання устаткування на
резервне.
Наскрізний контроль можна здійснювати
також вимірюванням шуму в смузі частот,
яка не входить до смуги, зайнятої
передаваними сигналами, але такої, що безпосередньо
прилягає до неї. Зростання шуму також
викликає спрацьовування системи сигналізації.
Засоби автоматики, телесигналізації і
телекерування утворюють цілісну систему
комплексної автоматизації радіорелейної магістралі.
Основне завдання автоматики — перемикання
з несправного устаткування на резервне.
Пе82

ремикальні пристрої звичайно діють, коли
пропадає пілот-сигнал, але їх спрацьовуванню
може передувати виконання деяких логічних
операцій для визначення характеру
несправності. Треба визначити, зв’язане пропадання
сигналу з пошкодженням приймача даної
станції чи з виходом з ладу устаткування
однієї з попередніх дільниць, через які
надходить сигнал. В другому випадку не треба
перемикати резерв, але доцільно увімкнути
замість зниклого сигналу на час аварії
напругу від місцевого генератора пілот-сигналу, щоб
запобігти спрацьовуванню автоматики
наступних ділянок.
Для телесигналізації і телекерування
використовують канали службового зв’язку. їх або
виділяють в основних стволах радіорелейної
лінії, або забезпечують спеціальним
устаткуванням. Поряд з контролем і керуванням
службові канали забезпечують телефонний
зв’язок персоналу кінцевих і обслуговуваних
проміжних станцій, а також зв’язок з
головними станціями ремонтних бригад, коли вони
відвідують автоматичні станції.
Система телекерування дає змогу
передавати з головної або кінцевої станції на кожну
з підпорядкованих їй необслуговуваних
станцій командні сигнали, які спричиняють
увімкнення апаратури й перемикання на резерв,
реверсування телевізійних стволів, тобто
перемикання апаратури для переходу з прямого
напряму передачі на зворотний, вмикання та
вимикання допоміжних пристроїв
(наприклад, червоних вогнів на вершині антенної
башти та ін.) і деякі операції для перевірки
устаткування. Для того щоб команди
передавались тільки на задану проміжну станцію,
передбачається попередня передача кодованих
сигналів селективного виклику. Передачі
потрібної кількості команд забезпечують
багатоканальним ущільненням каналу службового
зв’язку.
Для телесигналізації, як і для
телекерування, застосовують кодовані сигнали.
Передаються значення згадуваних уже
контрольованих параметрів і сигналів несправності,
а також сигнали про виконання команд на
необслуговуваних станціях.
Сигнали несправностей, пройшовши через
дешифратор, викликають засвічування
сигнальних ламп на світловому табло, а при
потребі також і спрацьовування автоматичних
пристроїв або тривожної звукової сигналізації.
Стрибок у тропосферу
У малонаселених районах і особливо у важко-
прохідних місцевостях спорудження та
експлуатація звичайних радіорелейних ліній з
проміжними станціями через кожні 40—50 км
становить великі труднощі. Збільшення
відстаней між станціями в кілька разів значно
полегшило б у багатьох випадках
електропостачання та обслуговування радіоліній. Це
можливо при використанні далекого
поширення хвиль у тропосфері. Звичайно лінії
тропосферного зв’язку працюють на
дециметрових хвилях (частоти 1—2 ГГц). До
недавнього часу вважалося, що метрові, дециметрові
й сантиметрові хвилі поширюються подібно
до світла тільки в межах прямої видимості.
Далеке загоризонтне поширення метрових
і дециметрових хвиль обумовлене
розсіюванням хвиль від неоднорідностей в іоносфері
і тропосфері. Місцеві неоднорідності
коефіцієнта заломлення середовища, важливі в даному
разі, проявляються внаслідок турбулентності^
тобто безладних вихрових процесів.
Турбулентність виникає внаслідок неоднакового
нагрівання й охолодження різних ділянок
поверхні Землі, яке спричиняє появу в атмосфері
потоків повітря з різними швидкостями,
температурою і вологістю. Вихрові рухи потоків
газу в іоносфері призводять до місцевих
згущень та розріджень у шарі, який містить
вільні електрони, і, значить, до появи місцевих
неоднорідностей коефіцієнта заломлення.
Вплив неоднорідностей на поширення
радіохвиль проявляється в тому, що, крім основної
хвилі, яка приходить від передавача, виникає
порівняно слабке поле розсіяння (вторинне
поле). При прийомі на великих відстанях
сигнал може досягти приймача тільки за ра-
83
6^

хунок поширення бічних складових,
розсіяних у певному об’ємі V. Цей об’єм
утворюється перетином двох конусів, які відповідають
напрямам випромінювання і прийому
передавальної та приймальної антен. Чим вище
розташована неоднорідність, тим далі
поширюються розсіювані хвилі.
Поширення радіохвиль, зв’язане з
описаними явищами, відбувається регулярно, бо
турбулентність атмосфери є завжди, і погода
впливає тільки на величину окремих неодно-
рідностей, змінюючи дещо напругу поля
в точці прийому.
Середній рівень поля при тропосферному
поширенні із збільшенням відстані швидко
зменшується. Це пояснюється збільшенням
кута розсіяння (великі кути розсіяння
відповідають малій інтенсивності вторинного поля)
та збільшенням висоти розташування розсію-
вального об’єму. Турбулентність атмосфери,
а значить, і розсіювальні властивості в міру
віддалення від поверхні Землі вменшуються.
Тому в міру збільшення відстані
інтенсивність поля зменшується, хоча розсіювальний
об’єм збільшується. Середній рівень сигналу
мало залежить від частоти, тому можливий
зв’язок на частотах від 100 МГц до 10 ГГц
і вищих.
Поширення дециметрових і сантиметрових
хвиль за рахунок розсіювання в тропосфері
дає змогу створювати радіорелейні лінії з
проміжними станціями на відстані до 300—500 км,
а не 50—70 км, як при використанні
поширення в межах прямої видимості.
Затухання хвиль при тропосферному
поширенні дуже велике, і для того, щоб сигнал
у місці прийому був досить сильним,
потужність передавачів становить залежно від
далекості й пропускної спроможності системи
зв’язку 1—10 кВт і більше. З тією ж метою
застосовують гостронапрямлені антени у
вигляді параболоїдів або параболічних сегментів
великих розмірів (сотні квадратних метрів).
Щоб забезпечити прийом слабких сигналів,
вживають спеціальних заходів для зниження
різня власного шуму радіоприймачів. Для
цього як перший каскад підсилення
радіочастоти в приймачі часто ставлять
параметричний підсилювач на варакторі. Щоб добитись
особливо великого зниження шуму, варактор
і деякі елементи конструкції охолоджують
рідким азотом. Підсилювач поміщають у
великий металевий термос — посудину Дюара,
куди періодично подають у міру
випаровування рідкий азот.
Атмосферні неоднорідності, з яї;ими
зв’язане розсіювання хвиль, змінюються й
переміщуються. Це спричиняє сильні коливання
рівня сигналу в місці прийому. Щоб
забезпечити надійний прийом при спаді сигналу до
мінімального рівня, потужність передавача
в моменти найглибшого завмирання сигналу
має бути досить великою, щоб сигнал
перевищував рівень шумів. Якби ця потужність
залишалась постійною, то протягом часу
нормального поширення сигнал у приймачі був би
значно сильнішим, ніж треба; при цьому
енергія передавача використовується
неефективно. Слід також мати на увазі, що із
зростанням потужності передавача збільшується
імовірність завад з боку цього передавача
іншим лініям радіозв’язку в цьому ж
діапазоні хвиль. Тому потужність передавача
доцільно знижувати в разі слабких і підвищувати
до максимальної в разі сильних завмирань.
Таке регулювання заощаджує електроенергію
в передавачі, поліпшує умови роботи
приймача та зменшує завади іншим радіолініям.
При двосторонньому радіозв’язку, щоб
регулювати потужність, керуючий сигнал, який
залежить від рівня прийманого сигналу,
передають зворотним каналом. Цей принцип
подібний до автоматичного регулювання підсилення
приймача, але в даному разі регулюванням
охоплений весь тракт зв’язку, включаючи
передавач, середовище поширення хвиль і
приймач. Коли як кінцевий потужний
підсилювач у передавачі використано багаторезо-
наторний клістрон, то потужність регулюють,
змінюючи напрям на аноді клістрона.
Ефективним засобом поліпшити сталість
радіозв’язку при завмираннях сигналу є
прийом на просторово рознесені антени. У цьому
разі використовується той факт, що в досить
віддалених один від одного пунктах
завмирання відбуваються в різний час. Пропускна
спроможність таких тропосферних ліній —
60 або 120 телефонних каналів, можна також
передавати телевізійні програми. На
напрямах, які не потребують великої кількості
телефонних каналів, ставлять устаткування
меншої пропускної спроможності, і можна
спростити приймальну апаратуру або
зменшити антени і знизити потужність передавача.
Використовуючи тропосферне розсіювання,
можна мати зв’язок і на відстані 800—1000 км,
але в цьому разі доводиться збільшувати
потужності передавачів і розміри антен, а
пропускна спроможність лінії скорочується до
6—12 телефонних каналів.
84

Наввипередки з метеорами
Іонізовані сліди метеорів добре відбивають
метрові хвилі, що забезпечує в місці прийому
на відстані до 2 тис. км порівняно сильний
сигнал навіть при невисокій потужності
передавача. Такі радіолінії зберігають роботоздат-
ність при сильних магнітних збуреннях,
особливо частих у полярних районах.
Особливість метеорного зв’язку полягав в
тому, що сигнал можна передавати лише в ті
проміжки часу, коли у відповідній області
простору на трасі поширення хвиль
з’являються метеори. Тому метеорний зв’язок за
своїм принципом переривистий.
Спрощену схему устаткування для
радіозв’язку з використанням іонізованих слідів
метеорів зображено на рисунку.
До виникнення метеорної іонізації
передавальні телеграфні апарати 1 і 2 на обох
кінцевих пунктах радіозв’язку А і В працюють
з нормальною швидкістю і безперервно, але
сигнали від них не передаються по радіо,
а записуються в запам’ятовуючих пристроях
З і 4 (звичайно використовується магнітний
запис). При цьому передавачі 5 і 6 та
приймачі 7 і 8 увімкнуті й перебувають у режимі
чекання. Потужність передавачів у цей час
може бути знижена.
При появі придатного для зв’язку
метеорного сліду передавач 5 у пункті А створює
радіосигнал на вході приймача 8 в пункті В.
Прийнятий сигнал вмикає спеціальний
пристрій, який передає через передавач 6 з В в А
запускаючий сигнал. При нормальному
проходженні цього сигналу з А в В в свою чергу
передається запускаючий сигнал. В обох
пунктах пускові пристрої 9 і 10 під впливом
запускаючих сигналів вмикають передавальні
блоки запам’ятовуючих пристроїв 3 і 4,
записана інформація передається через свій
передавач, і її приймає приймач кореспондента.
Передача припиняється при спаді рівня
прийманого в даному пункті запускаючого
сигналу нижче за встановлену межу, що
свідчить про неприпустиме погіршання умов
проходження хвиль. При появі нового метеорного
сліду достатньої інтенсивності передача
поновлюється в тому ж порядку.
Сигнали, які приймають в пунктах А і В,
надходять в запам’ятовуючі пристрої 11 і 12,
а з них безперервно передаються в
приймальні телеграфні апарати 13 і 14. Безперервну
роботу передавальних і приймальних апаратів
з нормальною для них швидкістю забезпечує
підвищена швидкість передачі по радіолінії
записаних повідомлень із запам’ятовуючих
пристроїв 3 і 4.
Час проходження хвиль при метеорному
поширенні становить лише 10—20% від усього
часу. Тому телеграфні сигнали мають
відповідно передаватися при кожному сеансі
двостороннього зв’язку в 5—10 разів швидше за
роботу телеграфних апаратів, тоді буде
гарантована передача кожної телеграми без
істотних затримок.
Оскільки затримка кожного окремого
повідомлення в описаній системі все ж може
досягати кількох секунд, то метеорні
радіолінії не придатні для двосторонніх телефонних,
переговорів. їх використовують головним
чином для передачі телеграм та цифрової
інформації.
Одна з особливостей метеорного
радіозв’язку— відносна прихованість передачі й
складність її перехоплення: коли сигнали з
пункту А проходять в В і з В в А, то інтенсивність
хвиль, відбитих метеорним слідом, різко падає
на відстані в кілька сотень кілометрів від цих
пунктів. Поки існує відбивний метеорний слід,
сигнали можна передавати без спотворень із
значно більшою швидкістю, ніж це потрібно
тільки для передачі телеграм, що зібралися
в перервах зв’язку.
З допомогою супутника
Як відомо, далекість радіозв’язку на хвилях,
коротших за 10 м, з прямим поширенням
залежить від висоти антен; але тільки на цих
хвилях можна створювати широкосмугові
канали зв’язку, придатні для передачі великих
потоків інформації *і телебачення. Величезні
можливості збільшити далекість передачі дає
85

тропосферне поширення хвиль, але пропускна
спроможність тропосферних ліній швидко
падав із збільшенням відстані між станціями.
Щоб збільшити радіус дії Загальносоюзного
телевізійного центру до 130 км, треба було
спорудити антенну башту заввишки понад
533 м. Очевидно, у недалекому майбутньому
такі антени застосовуватимуть і в інших
містах, але вартість їх спорудження велика
і можливість істотного збільшення висоти
поки що сумнівна.
Друге розв'язання завдання — розмістити
антену й передавач на літаку або аеростаті,
піднятому на висоту в кілька кілометрів.
Випробування такої системи в 1957 р. в CPGP
і пізніше у США показали, що, незважаючи
на деякі експлуатаційні труднощі, вона
цілком реальна. Проте така система не дає змоги
забезпечити передачу сигналів у межах
усього Радянського Союзу або
міжконтинентальний зв'язок. Для цього потрібні більш високі
ретранслятори.
Використовувати Місяць для ретрансляції
сигналів, як виявилось, незручно, зокрема,
через надто велику віддаленість від Землі;
крім того, Місяць періодично виходить за
межі прямої видимості й тому його не можна
використовувати протягом цілої доби.
Краще розв’язання завдання дає
розміщення ретранслятора на штучному супутнику
Землі. Із запуском у 1957 р. першого
супутника такі системи, що дістали назву супутни-
кового зв’язку, стали реальними і за останнє
десятиріччя дуже поширились. Основні
принципові питання, зв’язані із створенням
системи супутникового зв’язку,— це вибір
діапазону частот, вибір орбіти супутника, визначення
основних параметрів наземного й бортового
устаткування.
При далекому радіозв’язку без космічного
ретранслятора діапазон частот вибирають з
таким розрахунком, щоб хвилі не проходили
крізь атмосферу, а відбивались від того чи
іншого її шару нагад на Землю. Принципова
особливість вибору частот у супутниковому
зв’язку, навпаки, полягає в тому, що хвилі
з наземної станції на супутник і з супутника
на Землю повинні вільно проходити через
атмосферу.
Діапазон частот, в якому хвилі проходять
крізь атмосферу стале, без надмірного
затухання й заломлення, називається «радіовік-
ном» атмосфери. Ширина «радіовікна»
залежить від погоди, сонячно* активності та інших
факторів. Нижня межа такого діапазону 10—
15 МГц, бо при нижчих частотах хвилі
відбиваються від іоносфери, не проходячи крізь неї.
Верхня межа 10—20 ГГц, при вищих частотах
спостерігається велике поглинання хвиль в
атмосфері.
У нижній частині зазначеного діапазону на
радіоприйом у системах супутникового
радіозв’язку істотно впливають шуми космічного
походження і теплові шуми, які виникають
в атмосфері. В міру підвищення частоти ці
шуми зменшуються і вище за 1—2 ГГц їх
рівень падає до досяжних у наш час
мінімальних значень власного шуму радіоприймачів.
Із зростанням частоти вище за 6—7 ГГц різко
збільшується поглинання хвиль в атмосфері,
особливо залежне від погоди поглинання в
опадах. Отже, найкращі умови для зв’язку через
супутник — у діапазоні 2—8 ГГц. До речі, цей
діапазон найбільш підходить і для
радіорелейного зв’язку.
Щоб запобігти взаємним завадам,
запроваджено норми, які обмежують потужності
радіопередавачів на супутниках. Між станціями
обох систем зв’язку — супутникової і
радіорелейної — роблять досить велику відстань.
Наземні станції супутникового зв’язку
розташовують так, щоб вони були захищені від
випромінювань радіорелейних станцій горбами або
горами. Застосовують антени з досить гострою
напрямленістю, які не дають бічних
випромінювань у напрямі станцій іншої системи. При
проектуванні радіорелейних ліній
намагаються розташовувати станції так, щоб їх
передавачі по можливості не випромінювали в
напрямі супутників зв’язку.
Орбіта супутника зв’язку залежить від
вибору одного з двох методів передачі інформації
через супутник: 1) нагромадження і
механічний перенос інформації; 2) негайна
ретрансляція.
При першому методі супутник
використовують, по суті, як швидкий засіб транспорту.
Коли він пролітає над одним з кінцевих
пунктів лінії зв’язку, потік повідомлень
передається з Землі на супутник і записується там
на магнітну стрічку або іншим способом.
Потім, коли супутник пролітає над другим
кінцевим пунктом, за командою з Землі
вмикається бортовий передавач і нагромаджена
інформація передається на приймальну
станцію. В цьому разі орбіта супутника повинна
забезпечувати послідовне проходження його
через район розташування обох станцій;
оскільки можливі орбіти лежать у площинах,
які проходять через центр Землі, супутник

проходить цю відстань по ортодромії (дуга
великого кола). Передача сигналу
затримується на час проходження зазначеної відстані,
тому такий метод не придатний для
телефонного зв’язку і застосування його обмежене.
При другому методі супутник діє аналогічно
до проміжної станції радіорелейної лінії,
спізнювання сигналів залежить від відстані
між кінцевими пунктами лінії зв’язку і від
висоти траєкторії; звичайно воно не
перешкоджає телефонному зв’язку.
У зв’язку є два типи супутників, які діють
за другим методом: пасивні й активні.
Пасивний супутник, подібно до відбивача в
радіорелейних лініях, являє собою металізовану
поверхню досить великих розмірів. Внаслідок
великої відстані від наземного передавача до
супутника потужність відбитого сигналу мала,
і це не дає змоги здійснити високоякісний
зв’язок з великою пропускною спроможністю.
На борту активного супутника зв’язку сигнал
з Землі приймає чутливий приймач, підсилює
і передає передавач достатньої потужності.
Потік випромінювання може підсилюватися
напрямленістю антени, орієнтованої на
Землю. Найбільші можливості мають активні
супутники, тому вони знайшли застосування
в системі єдиної автоматизованої мережі
зв’язку нашої країни, а також у комплексі
міжнародних ліній зв’язку.
Вибираючи висоту польоту супутника,
доводиться зважати на дві взаємно протилежні
умови: низька орбіта дає змогу мати на борту
супутника передавач меншої потужності, отже,
менших розмірів і ваги, однак висока орбіта
забезпечує більш тривалі сеанси зв’язку.
Розташування двох наземних станцій —
А і В показано на рисунку.
Лінії хх і у у — дотичні до земної поверхні.
Нижче за ці лінії Земля екранує супутник від
антени, і зв’язок станції з ним неможливий.
Якщо орбіта проходитиме нижче від лінії ММ,
то лівіше від точки О супутник буде поза
межами прямої видимості із станції В, а
правіше за цю точку його не видно з станції А;
отже, обмін інформацією між А і В через
такий супутник неможливий.
Супутник на більш високій орбіті буде
одночасно видно з обох станцій на певній
ділянці траєкторії, наприклад NN або РР. Ця
ділянка тим більша, чим вища траєкторія.
Отже, для тривалих сеансів зв’язку потрібна
велика висота польоту супутника.
На рисунку заштриховано сектор простору,
перебуваючи в якому супутник забезпечує
зв’язок між А і В.
Коли супутник наближається до ліній хх
і уу, напрями стежачих антен наземних
станцій наближаються до горизонталі, для решти
орбіти антени спрямовують більш круто вгору.
При малих кутах антен по відношенню до
горизонту на наземні приймачі діє теплове
випромінювання Землі, що збільшує напругу
шуму в приймачах. Щоб цей шум не
погіршив якості прийому, сигнал має бути досить
сильним, і це забезпечується відповідною
потужністю передавача. Зростання шуму
почасти компенсується зменшенням відстані від
Землі до супутника при наближенні до
точок Е і Р. Цього не буває при коловій орбіті,
яку зображено штрихпунктиром. Крім того,
запуск супутника на еліптичну орбіту значно
простіший і коштує в кілька разів дешевше,
ніж запуск на колову орбіту. При даній
потужності ракети на еліптичну орбіту можна
запустити супутник більших розмірів.
На високу еліптичну орбіту запускаються
радянські супутники зв’язку типу «Молния-1»
87

✓
У"
і «Молния-2», які забезпечують радіозв’язок
між західною частиною СРСР і Далеким
Сходом. Максимальна висота підйому цих
супутників над поверхнею Землі — близько 40 тис. км.
Супутник робить два оберти на добу, даючи
змогу одержати два сеанси зв’язку загальною
тривалістю 14—16 годин. Два чи три
супутники такого типу дають можливість забезпечити
цілодобовий зв’язок у межах усієї країни.
Супутники «Молния-1» і «Молния-2»
використовуються для передачі програм
Центрального телебачення у приймальні пункти
системи телевізійного мовлення «Орбита», введеної
в експлуатацію до 50-річчя Жовтня. Десятки
приймальних станцій «Орбита» розташовано
на Крайній Півночі, Далекому Сході та в
інших віддалених районах Радянського Союзу.
Число цих станцій збільшується.
В окремому випадку колова орбіта теж має
велике практичне значення. Супутник на
коловій орбіті висотою 36 тис. км має період
обертання, який дорівнює добі. Якщо
площина такої орбіти збігається з площиною
екватора, а напрям руху супутника на орбіті
збігається з напрямом обертання Землі, то
супутник зберігає незмінне положення по
відношенню до її поверхні. Коли спостерігати
його з відповідного пункту на екваторі, він
здається на небі нерухомим і в зеніті. Такий
супутник називається стаціонарним.
Випромінювання із стаціонарного супутника
покриває більш як 30% поверхні Землі, причому
в цих межах зв’язок через супутник
забезпечується цілодобово.
Якщо розташувати над екватором три
стаціонарних супутники Сі, С2 і Є3, то вони дадуть
змогу мати цілодобовий зв’язок між усіма
континентами з ретрансляцією через один або
два супутники. Найкращі умови зв’язку —
в зоні екватора, де випромінювання з
супутника приходить під прямим кутом до
поверхні Землі. Найгірші умови — у високих
широтах, бо там кут приходу хвиль малий, тобто
напрям наземних антен близький до
горизонталі; тут кращі результати дає орбіта
супутників «Молния».
Недолік системи із стаціонарними
супутниками — порівняна складність запуску.
Перевага екваторіальної орбіти — простота
стабілізації положення осі супутника: якщо вісь
супутника паралельна 8емній осі, то
положення її може бути стабілізовано обертанням
супутника (завдяки гіроскопічному ефекту).
Однак при стабілізації обертанням потрібна
спеціальна система електронного керування
напрямленістю антени, щоб вона завжди
залишалась орієнтованою на Землю,
незважаючи на швидке обертання супутника. Важлива
перевага стаціонарного супутника — значне
спрощення земних станцій: оскільки супутник
нерухомий, наведення на нього антени дуже
спрощується. У перспективних системах су-
путникового зв’язку використовуватимуться
стаціонарні й рухомі супутники.
На конференції ООН в питанні дослідження
та мирного використання космосу, яка
відбулась у Відні в серпні 1968 р., від імені ряду
країн, включаючи СРСР, було оголошено план
створення міжнародної системи супутнико-
вого зв’язку. Тепер ця система вже створена.
В ній намічається використати як супутники
типу «Молния», так і стаціонарні супутники,
які забезпечать зв’язок майже між усіма
країнами світу.
Можливі різні варіанти використання
супутників зв’язку.
88

Односторонній, або дуплексний, зв'язок між
двома наземними станціями. Один і той же
супутник можуть в цьому разі
використовувати різні станції по черзі, за певним
розкладом.
Передача інформації з одного пункту
одночасно кільком приймальним станціям,
розташованим у різних пунктах. Цей вид зв’язку
застосовується, наприклад, для передачі
центральних телевізійних програм у віддалені
райони в системі «Орбита».
Багатостанційний зв’язок. У цьому випадку
супутник працює в мережі, що охоплює
багато пунктів, кожний з яких може в усякий час
підтримувати зв’язок з яким завгодно іншим
пунктом цієї мережі. Супутник
використовується в такій системі подібно до
центральної станції, через яку проходять усі
абонентські лінії мережі. Найзручніший стаціонарний
супутник, бо переміщення супутника
відносно станцій, які входять до мережі, дуже
ускладнює умови роботи системи.
Найпростіший за своїм принципом варіант
багатостанційного зв’язку грунтується на
частотному ущільненні радіолінії. Кожна
наземна станція вибирає для передачі частотний
канал, не зайнятий в даний час іншими
станціями. Сигнали передавачів усіх наземних
станцій мережі зв’язку утворюють груповий
сигнал, його приймає бортовий приймач,
регулює, підсилює і в другій частотній смузі
перевипромінює бортовий передавач
супутника.
Приймальна апаратура кожної наземної
станції виділяє з групового спектра
призначений їй канал. Деяка складність полягає
в тому, що сигнали, які приходять на
супутник від кількох передавачів, розташованих
на різних відстанях, можуть дуже
відрізнятися за силою. Об’єднанню цих сигналів у
груповий сигнал має передувати автоматичне
регулювання їх сили.
Система керування багатостанційним супут-
ниновим зв’язком включає контроль
зайнятості каналів, надання за викликом наземної
станції вільного каналу для зв’язку, передачу
виклику від однієї станції до іншої і т. п.
Керування забезпечує система службового
зв’язку, здійснюваного через той же супутник
або через наземні засоби зв’язку.
У наземних радіорелейних лініях окремі
станції експлуатуються практично в
однакових умовах. Необслуговувані й обслуговувані
(головні) станції відрізняються тільки
складом спеціального устаткування автоматики
й контролю, але основне радіотехнічне
устаткування однотипне на всіх станціях. У супут-
никових системах бортовий комплекс нині не
тільки повністю автоматизований, а й не
допускав ніякого обслуговування протягом
усього строку експлуатації, тобто повинен мати
найвищу надійність у тяжких зовнішніх
умовах руйнівної радіації та різких змін
температури. Живлення бортового устаткування, на
відміну від наземних станцій, приєднуваних
до потужної енергомережі, забезпечується, як
правило, сонячними батареями; їх потужність
поки ще не може бути значною. Габаритні
розміри й вага бортового устаткування
повинні бути мінімальними як в результаті
обмеження потужності, так і, головним чином,
через обмеженість ресурсів ракетної системи,
яка виводить супутник на орбіту.
На борту супутника повинні бути резервні
комплекти устаткування, а також засоби для
захисту від радіації та для регулювання
температури, що теж примушує зменшувати
розміри й вагу кожного комплекту. З
перелічених вище причин на борту супутника
найчастіше встановлюють порівняно
малопотужний передавач (5—50 Вт), компенсуючи малий
рівень передаваного ним сигналу
ускладненням наземного приймального пристрою:
бортовий приймач роблять спрощеним, не
використовуючи сучасних складних у
конструктивному відношенні методів підвищення
чутливості. Нестачу чутливості компенсують
підвищенням рівня прийманого сигналу, тобто
збільшенням потужності наземного
передавача.
Бортові антени важко зробити з гострою
напрямленістю через обмежену вагу й
розмір, а точність їх орієнтування на наземні
приймальні станції важко зробити високою.
Якщо бортове устаткування зв’язане
одночасно з кількома наземними станціями,
розташованими на великій території, то гостро-
напрямлені антени на супутнику взагалі не
можна застосовувати.
Нестача напрямленості бортових антен,
потужності передавача й чутливості приймача
компенсується застосуванням на наземних
станціях гостронапрямлених антен великих
розмірів, точно орієнтованих на супутник.
Діаметр антени — від 15 до ЗО м. Для
наведення антени використовують потужний
електропривод, керований програмно-обчислювальним
комплексом. Щоб ослабити вплив опадів і
вітру, антену в окремих випадках вміщують під
надувну тонкостінну напівсферичну оболонку.
89

Крім зв’язкового устаткування, бортовий
комплекс і наземні станції включають
необхідні засоби для контролю за орбітою і за
роботою всієї апаратури, а також для
дистанційного керування всіма агрегатами
супутника.
Здебільшого на супутнику знаходиться
ретранслятор, за принципом дії подібний до
приймача-передавача проміжної станції
радіорелейних ліній. В апаратурі
використовують напівпровідникові електронні
елементи — транзистори, варакторні помножувачі
частоти і т. п. У приймачі часто застосовують
малошумкий підсилювач радіочастоти —
параметричний або з тунельним діодом. 6
слідкуюча система, яка підтримує з допомогою
електромеханічних або електронних пристроїв
орієнтування антени на Землю.
Передавач наземної станції має потужність
у десятки кіловат і за принципом будови
подібний до передавача ліній тропосферного
радіозв’язку з частотною модуляцією.
Приймач наземної станції звичайно
поділяється на два блоки, перший з яких —
радіочастотний — встановлюється безпосередньо на
антені. Це забезпечує мінімальну довжину
хвилеводу, який з’єднує антену з входом
приймача і запобігає втратам енергії прийнятого
слабкого сигналу.
Для зменшення власних шумів приймача як
вхідний каскад звичайно використовують
параметричний підсилювач на варакторі з охЬ-
лодженням рідким азотом або навіть рідким
гелієм. Підсилений сигнал після перетворення
частоти й підсилення на проміжній частоті
подається по кабелю в кінцевий блок
приймача, установлений у приміщенні станції.
В кінцевому блоці є звичайно додаткові
засоби для ослаблення шумів.
Світло — зв’язківець
Дальше збільшення пропускної спроможності
радіоліній залежить від широкого освоєння
для цього ще вищих частот, тобто діапазонів
міліметрових та субміліметрових радіохвиль,
а потім інфрачервоних та видимих світлових
випромінювань.
Крім великої ширини передаваних смуг
частот, світлові діапазони дають змогу одержати
дуже гостру концентрацію випромінювань при
дуже малих розмірах антен і відповідно
знизити потужність передавачів.
Концентрація світлових випромінювань у
вузькі промені приводить до того, що системи
з відкритим поширенням виявляються
близькими за своїми властивостями до кабелів та
хвилеводів. Однак сильне поглинання світла
атмосферними опадами утруднює
використання їх для зв’язку на значних відстанях без
захисту від поглинання. Системи з відкритою
передачею надалі можуть бути корисними для
ліній зв’язку в космосі між супутниками.
В наземних системах більш перспективна
передача світлових хвиль у трубах, і особливо
по світловодах із скляних волокон.
Реальні перспективи переходу до світлових
хвиль залежали від створення когерентних,
монохроматичних джерел цих хвиль.
Першими типами таких джерел стали лазери. Поява
лазерів привела до реальної можливості
створення оптичних магістралей з колосальною
за сучасними уявленнями пропускною
спроможністю. Лазери, без сумніву, можуть бути
корисними як у наземних системах, так і в
системах зв’язку із застосуванням супутників.
Устаткування ліній зв’язку в світлових
діапазонах за своєю структурою подібне до
устаткування радіорелейних ліній. На
передавальному кінці світловий промінь
модулюється груповим багатоканальним спектром.
Модульований сигнал пробігає по світловодній
лінії; втрати енергії сигналу компенсуються
проміжними підсилювачами. На
приймальному кінці після детектування світлового
сигналу виходить електричний груповий сигнал.
Далі його обробляють звичайними методами,
прийнятими в радіозв’язку.
Лазерні генератори різних типів працюють
в одному з двох режимів — імпульсному або
безперервному. Для багатоканального зв’язку
найбільш зручні лазери з безперервним
випромінюванням — газові й напівпровідникові.
Модуляція передавача здійснюється впливом
або безпосередньо на лазер або поза лазером
на одержаний від нього світловий промінь.
У першому випадку модуляція називається
внутрішньою, в другому — зовнішньою. В обох
випадках найбільш просто в передавачах
одержати амплітудну модуляцію. Вона ж дає
змогу і найбільш просто здійснити прийом.
Щоб одержати світлове випромінювання, до
газового або напівпровідникового лазера треба
підвести високочастотну енергію збудження
від будь-якого генератора, застосовуваного
в радіотехніці. Подачу енергії збудження часто
називають «накачкою» лазера. Амплітудну
модуляцію променя можна одержати зміною
енергії збудження, тобто звичайною
амплітудною модуляцією генератора накачки.
90

Для зовнішньої модуляції променя треба
застосовувати фільтри, прозорість яких
залежить від прикладеної до них керуючої
напруги. В основі дії таких пристроїв лежать
магнітооптичний ефект Фарадея або електрооптичні
ефекти Керра і Поккельса. Суть названих
ефектів полягає у зміні напряму площини
поляризації прохідного плоскополяризованого
світла в деяких речовинах під впливом
магнітного (ефект Фарадея) або електричного
(ефекти Керра в рідинах і Поккельса у
кристалах) полів.
Якщо впливаюче поле змінювати відповідно
до модулюючих сигналів, то буде змінюватись
і площина поляризації. Світло проходить далі
крізь поляризаційний фільтр — пристрій,
прозорість якого залежить від поляризації
світла. В результаті зміна поляризації
перетвориться у зміну інтенсивності світла.
З точки зору завадостійкості, як і в
звичайних радіотехнічних діапазонах, перевагу
віддають системам з частотною модуляцією. Для
частотної модуляції можна використати за-,
лежність частоти генерованих лазером хвиль
від електричного або магнітного поля.
Практичні методи частотної модуляції лазерів ще
не досить розроблені.
Як і в радіотехнічних діапазонах, приймачі
світлових сигналів будують за схемою
прямого підсилення або за супергетеродинною
схемою. У першій схемі світловий сигнал детек-
тується без попереднього перетворення його
частоти в проміжну. При амплітудній
модуляції роль детектора можуть виконувати
електричні елементи, чутливі до інтенсивності
світла, в тому числі фоторезистори і фотодіо-
ди, а також фотоелектронні помножувачі.
Сигнал до детектора може підсилюватись
оптичним підсилювачем. В основі дії лазерних
оптичних підсилювачів лежать ті самі
принципи, що й в основі лазерів-генераторів.
Розробку практичних систем цих підсилювачів
ще не закінчено.
Сигнал від передавача може мати
поляризаційну модуляцію без перетворення її в
амплітудну. В цьому випадку в приймачі
передбачають поляризаційний фільтр. Проходячи
через нього, прийнятий сигнал стає амплітуд-
но-модульованим, після чого піддається
амплітудному детектуванню.
При супергетеродинному прийманні частота
світлового сигналу перетворюється в проміжну
частоту, що лежить у радіотехнічному
діапазоні. Далі сигнал підсилюється і детектується,
як у звичайному радіоприймачі.
Перетворення частоти можна одержати, як
і звичайно, одночасним підведенням
прийманого світлового сигналу і променя від лазера-
гетеродина до нелінійного світлочутливого
елемента, наприклад фоторезистора, фотодіода
або фотоелектронного помножувача. Частота
лазера-гетеродина повинна відрізнятися від
частоти прийманого сигналу на величину
проміжної частоти. Дуже високі вимоги
ставляться до точності й стабільності частот.
Супергетеродинний прийом у лазерних
системах, як і в радіозв’язку, дає змогу
одержати більш високу селективність і чутливість,
ніж прийом способом прямого підсилення.
В результаті нових інтенсивних досліджень
лазерів і розробки апаратури з їх
застосуванням системи зв’язку в світлових діапазонах,
без сумніву, в близькому майбутньому
зможуть відігравати важливу роль в єдиній
автоматизованій мережі зв’язку нашої країни.
ЕЛЕКТРОННІ ОЧІ, ЯКІ БАЧАТЬ
ЗА СОТНІ КІЛОМЕТРІВ
Від картонного диска до голубого екрана
...Вечір. Світло в кімнаті погашене, штори на
вікні спущені. На столі — телевізор. Тісним
півколом сидять перед ним люди. Один керує
телевізором, інші, боячись ворухнутися,
споглядають чудо радіотехніки. Телевізійний
сеанс почався. На крихітному екранчику
з’явилось розпливчасте зображення. Ось воно
замиготіло, застрибало і... зникло.
Це сценка 40-річної давності. Телебачення
тоді було ще дуже недосконалим.
Переворот у телебаченні зробила електрон-
нопроменева трубка. Але перед тим, як
познайомитися з цим сучасним чудом,
спробуємо вникнути в самий принцип телебачення.
Допоможе нам ще не древній, але вже дуже
далекий предок нинішнього телевізора —
телевізор механічний.
Виготовити механічний телевізор не
становить великих труднощів. Виріжемо з картону
диск і просвердлимо в ньому тридцять
отворів так, щоб вони розташовувались по спіралі
на однакових відстанях один від одного. Тепер
насадимо наш диск на вісь електромоторчика.
Позаду диска, з боку моторчика, розташуємо
неонову лампу. її світний електрод утворить
«екран» розміром із сірникову коробку.
Звичайна лампочка розжарювання тут не
підходить, вона має велику теплову інерцію —
волосок розжарюється і гасне не зразу, а через
91

Фс
'отоелелл е/У/77
Об'єкти в
певний час після вмикання або вимикання
струму. Таке джерело світла не встигав
відзиватись на швидкі коливання струму. Тому
в механічних телевізорах і застосовувались
неонові лампи, які світяться завдяки
електричному розряду в газі неоні. Свічення газів
при проходженні через них електричного
струму виникав практично вмить і так само
швидко припиняється, коли струм вимикають.
Отвори на обертовому диску біжать один
8а одним, наче гонщики на паралельних
доріжках велосипедного треку. І подібно до
того, як велосипедисти один за одним мчать
повз трибуни, отвори на диску по черзі
мигтять перед лампою. Кожний отвір проскакує
перед лампою по багато разів за секунду —
адже диск крутиться дуже швидко. Недивно,
що ми бачимо не світлову точку, яка
рухається, а цілу смужку.
Кожний з тридцяти отворів дає свою
смужку, але, оскільки отвори лежать на спіралі, ці
смужки розташовуються одна над одною,
утворюючи щось подібне до світного екрана з
обрисами «екрана» неонової лампи. Таке явище
можна спостерігати, проїжджаючи
велосипедом повз паркан. При швидкому русі щілини
в паркані зливаються, і ми бачимо все, що
за ним робиться.
Отже, перед нами світний екран, що
складається з ряду паралельних смужок, або, як
їх звичайно називають, рядків. Уявіть тепер,
що яскравість лампи, розташованої позаду
диска, весь час змінюється. В той момент,
коли перед лампою пробігає перший отвір,
вона світить, скажімо, найяскравіше. Другий
отвір — яскравість зменшилась. Третій —
лампа погасла зовсім. Четвертий — знову яскраво
спалахнула і т. д. Ясно, що в цьому випадку
освітленість екрана буде неоднакова — на
ньому з’являться світлі й темні смуги. Коли ж
яскравість лампи змінюватиметься так швпд-
ко, що за цей час отвір не встигне проскочити
екран, то на ньому виникнуть окремі плямп,
а це і є основа кожної, навіть найбільш
хитромудрої картини. Передавальна телевізійна
камера мала майже таку саму будову. Тільки
в диску вамість отворів — крихітні лінзи.
Позаду диска в телевізійній камері ставили
«електричне око» — фотоелемент —
невеличкий електронний прилад, що перетворює
енергію світла в електроенергію. Чим яскравіше
освітлений фотоелемент, тим більший струм
тече в його колі.
Безпосередньо перед диском установлювали
об’єктив, як у звичайного фотоапарата.
Тільки зображення проектувалося тут не на
пластинку або матове скло, а на диск, що правив
за затвор цього апарата. За один оберт затвор
спрацьовував тридцять разів. Кожне з
тридцяти віконець, зроблених у диску, проходячи
перед об’єктивом, пропускало світловий
промінь, світло падало на фотоелемент, і в колі
виникав електричний струм.
Всяке зображення — сукупність темних і
світлих плям. Кожна з лінзочок, перетинаючи
проекцію зображення на своїй доріжці,
пропускає більшу або меншу кількість світла.
Освітленість фотоелемента весь час
змінюється залежно від того, яка ділянка зображення
зараз перед лінзою.
Диск розгортає зображення рядок за
рядком, утворюючи довгу стрічку, наче зшиту
з темних і світлих клаптиків. Ось чому цей
процес так і називають — «розгортка». Якщо
зображення нерухоме, стрічка, що
утворюється при кожному новому оберті диска,— точна
копія будь-якої із своїх попередниць. Так
буває, коли знімають кінокамерою нерухомий
предмет. Один оберт диска саме й відповідає
кадру. Скільки обертів робить диск — стільки
кадрів відкладає телекамера. Якщо
зображення перед об’єктивом рухається, то кожний
но92

вий кадр відрізнятиметься від попереднього.
Подивимося тепер, як взаємодіють
телевізор і телевізійна камера, як відбувається сеанс
механічного телебачення.
Нехай фотоелемент через підсилювач
з’єднаний з лампою телевізора. Зв’язок цей можна
здійснити як по проводах, так і по радіо. От
ми запустили диск камери. В колі
фотоелементів починає пульсувати струм, причому
пульсація відбувається в повній відповідності
з характером передаваного зображення.
Підсилені електричні коливання надходять
проводом до неонової лампи. Лампа засвічується,
її яскравість коливається.
Запустимо тепер диск телевізора. Дивіться,
на екрані замерехтіли якісь неясні смуги,
плями. А де ж зображення, чому його немає?
Ось чому. Уявіть собі, що ви стоїте на
залізничній платформі. Повз вас на повному ходу
з гуркотом мчить кур’єрський поїзд. Він мчить
так швидко, що ви нічого не встигаєте
розглянути — все злилося в суцільну розпливчасту
пляму.
А ось інший приклад. Ви дивитесь у вікно
вагона. Поїзд, яким ви їдете, наганяє інший
состав. Вагони другого поїзда повільно
пливуть перед вашими очима. В якийсь момент
швидкості поїздів зрівнялись. Здається, що
той, другий, поїзд зупинився. А тим часом
насправді він іде з великою швидкістю!
Дещо схоже відбувається і в нашому
телевізорі. Його диск крутиться поки що ще з
іншою швидкістю, ніж диск телекамери.
«Затвори» працюють неузгоджено. Щоб побачити
зображення, треба ще наздогнати його!
Примусимо диск обертатися з однаковою
швидкістю, і на екранчику з’явиться довгождана
картина.
Механічна розгортка була тридцятирядко-
вою (за кількістю отворів у диску). Картинка
на екрані телевізора нагадувала мозаїку, а
мозаїчне зображення тим досконаліше, чим
менший розмір елементів, які його складають.
Проте збільшити число рядків було практично
неможливо. Для цього треба було або
зменшити величину отворів, або збільшити
розміри диска. Перший варіант призводив до
різкого зниження яскравості передаваної
картини, другий — до непомірного ускладнення
механічної системи. Кінець кінцем довелось
відмовитися від зовні простого, але
безперспективного механічного телебачення і
перейти до електронної передачі зображень.
Телевізор з електроннопроменевою трубкою
винайшов ще в 1907 р. професор
Петербурзького технологічного інституту Борис Львович
Розінг (1869—1933).
Електроннопроменева трубка —це особлива
радіолампа у скляному балоні з великим,
трохи опуклим дном — екраном. Екран покритий
зсередини шаром люмінофору — спеціальної
суміші, яка світиться, коли об неї ударяють
електрони.
Анод трубки виготовляють у вигляді порож-
Відхильнї Електронна
пластині/ гармата
93

нистого циліндра. На анод подається велика
позитивна напруга. Під впливом електричних
сил електрони набувають такої великої
швидкості, що, розігнавшись, пролітають повз анод,
який притягує їх, і бомбардують екран. Однак
ще до того, як ця лавина досягає цілі, вона
стискується у вузький промінь.
Цей процес називається фокусуванням
електронного променя. Фокусування здійснюють
дією на електрони електричного або
магнітного поля, яке рухається. Просторовий
розподіл поля, потрібний для фокусування,
забезпечується системою електродів у вигляді
циліндрів і перегородок з отворами — при
електричному фокусуванні й котушками
спеціальної форми — при магнітному. Фокусуючі
пристрої діють на пучок електронів подібно
до того, як оптична лінза діє на промінь
світла. У місці влучання електронного променя
на екрані з’являється світна точка.
Напрям електронного променя
встановлюється з допомогою двох взаємно
перпендикулярних пар металевих пластин. На пластини
подаються керуючі електричні напруги, які
створюють електричне поле. Взаємодіючи з
електронами, це поле відхиляє промінь від
центрального положення. Залежно від
величини і знаків напруг на пластинах,
електронний промінь може переміщуватися вліво —
вправо і вгору —вниз. Той же ефект можна
одержати з допомогою магнітного поля,
створюваного відхиляючими котушками
індуктивності. У телевізорах звичайно
використовується саме цей спосіб.
Промінь на екрані трубки швидко
переміщується по горизонталі, і внаслідок інерції
нашого зору ми бачимо суцільну
горизонтальну лінію. Коли ж примусити електронний
промінь рухатися по екрану так, як рухається
погляд, коли читаємо книгу, то на екрані
виникне світний прямокутник, складений з
багатьох горизонтальних ліній — рядків. В елек-
троннопроменевій трубці, як і в звичайній
підсилювальній радіолампі, є керуючий
електрод. Чим більший негативний заряд на
ньому, тим слабший потік електронів і блідіша
світна точка на екрані. Керуючи інтенсивністю
променя, можна одержати на екрані світлове
зображення. Саме це й відбувається під час
телевізійного сеансу.
При передачі вистави із студії
телевізійного центру оператор наводить на артистів
об’єктив апарата, який нагадує велику
фотокамеру. Зображення проектується на
світлочутливий екран — мозаїку, що складається
з мільйонів окремих, електричпо ізольованих
частинок. Кожна частинка — тонкий шар
ізоляції, на яку нанесено світлочутливий шар,
що має властивості фотоелемента. З другого
боку шару ізоляції — метал. Виходить
своєрідний конденсатвр, здатний нагромаджувати
електричні заряди.
Під впливом світла кожний з цих
мікроскопічних фотоелементів створює свій
позитивний заряд. Але освітленість екрана в різних
місцях неоднакова — це залежить від
характеру зображення. Де вона сильніша, там
більший і заряд. І от на екрані виникає свого
роду електричний фотонегатив — невидима
картинка, утворена позитивними зарядами
різної величини.
На металевому шарі — другій пластині
нашого конденсатора — появляється така сама
кількість електричних зарядів, тільки не
позитивних, а негативних (адже знаки зарядів
на пластинах конденсатора завжди
протилежні) .
Тепер електронну пластинку треба піддати
розгортанню й перетворити в електричні
сигнали. Роблять це ось як.
По світлочутливому екрану, як і в
приймальній телевізійній трубці, біжить тонкий
електронний промінь. Торкаючись екрана, він
залишає на ньому негативний заряд, який
додається до позитивного заряду того чи іншого
фотоелемента і наче стирає його. А оскільки
різні ділянки екрана заряджені неоднаково,
загальний заряд на металевому шарі при
русі електронного променя весь час
змінюється, коливається.
Коливання заряду передаються по проводу
на вхід підсилювача, підсилюються і діють на
керуючу сітку лампи радіопередавача,
викликаючи зміну сили його сигналів. Відповідно
змінюється і розмах електричних коливань
у телевізійному приймачі. Надходячи на
керуючий електрод електроннопроменевої
трубки, електричні коливання змінюють
інтенсивність електронного променя і, значить,
яскравість світної точки на екрані.
Рух електронних променів у передавальній
камері та в приймальних трубках строго
узгоджений і відбувається з однаковою
швидкістю. В будь-який момент промені падають
на одні й ті самі місця екранів. Тому
світлова картинка на екрані приймальних трубок
точно відтворює зображення, спроектоване на
світлочутливий екран передавальної камери.
Яка ж чіткість картинки при такій передачі?
У більшості країн телевізійне мовлення
здій94

снюється з розкладанням зображення на 625
рядків.
Ми вже порівнювали телевізійне
зображення з мозаїчною картинкою. При тридцятиряд-
ковому телебаченні зображення складається
лише 8 1200 елементів. Картинка на екранах
сучасних телевізорів складається вже з
кількох сотень тисяч точок. На кіноекрані
відтворюється близько півтора мільйона точок.
А всього людське око може розрізнити до
трьох мільйонів таких складових елементиків.
Отже, якість телевізійних зображень можна
було б ще поліпшити, але це призвело б до
невиправданих затрат.
Чим вища чіткість передаваного
зображення, тим більшу смугу частот займають
телевізійні сигнали. Сигнали механічного три-
дцятирядкового телебачення задовольнялись
порівняно вузькою смужкою частот, яка
приблизно відповідає ширині спектра сигналу
радіомовлення. Тому передачі низькоякісних
зображень можна вести в гектометровому
діапазоні хвиль. При існуючому нині
стандарті телебаченню потрібна в тисячі разів більша
смуга радіочастот, ніж станціям
радіомовлення. Ось чому високочастотні телевізійні
передачі ведуть на метрових і дециметрових
хвилях: на довших хвилях і без того надто
тісно!
Ми вже знаємо, що передавати телевізійні
програми на великі відстані можна з
допомогою радіорелейних ліній. Нині СРСР,
європейські країни і США вкриті густою сіткою
таких ліній. У Західній Європі телевізійне
мовлення об’єднано в трансляційну систему
«Євробачення». Соціалістичні країни мають
у своєму розпорядженні єдину телевізійну
мережу «Інтербачення». В цю систему, крім
стаціонарних радіорелейних ліній, входять
лінії зв’язку через супутник «Молния».
Телевізійна система «Інтербачення»
зв’язана з системою «Євробачення». Нині з
допомогою телевізійних мереж будь-яку подію
можуть одночасно спостерігати мешканці різних
країн і навіть континентів.
Настав час, коли телевізори так само
поширені, як і приймачі радіомовлення. Більше
того, звичайне монохромне («чорно-біле»)
телебачення, яке ще тридцять п’ять років тому
здавалося чудом, нас уже не задовольняє.
Швидко розширюються передачі кольорового
телебачення.
Кольорове зображення набагато змістовніше
за монохромне. Багряна заграва вечірнього
сонця, феєричні сплески полярного сяйва, уся
барвиста різноманітність природи на екрані
монохромного телевізора виглядають збіднено.
Існують різні способи передачі кольорових
зображень. Ось один з них. Зображення
знімають трьома телевізійними камерами, через
три світлофільтри — червоний, синій та
зелений. Кожний світлофільтр пропускає світлові
промені лише певних кольорів. Зображення,
розділене таким способом на три кольори,
передається по трьох окремих каналах і
приймається на три електроннопроменеві трубки
з червоним, синім і зеленим екранами.
Зображення, що виникають на цих екранах, з
до95

помогою системи дзеркал суміщуються на
одному спільному екрані. Виходить приблизно
те саме, що й при триколірному друку:
спочатку малюнок друкується однією фарбою,
зверху неї — другою і нарешті — третьою.
Різні комбінації трьох фарб дають яскраве,
багатоколірне зображення. Таке ж барвисте
зображення появляється і на екрані
кольорового телевізора.
Описаний спосіб надто складний.
Передача кольорового телебачення здійснюється за
більш досконалою системою.
Елементи мозаїки на екрані трубки
кольорового телевізора складаються із зерняток
трьох люмінофорів, які світяться при падінні
на них електронного променя різними
кольорами. Перед екраном на шляху електронів
є металева маска з крихітними отворами. Три
електронних промені одночасно малюють
зображення на екрані. Один з них, проходячи
крізь напрямний отвір маски, потрапляє на
зернятка, що дають червоне свічення,
другий — на ті, що дають зелене, третій — синє.
Сполученням цих кольорів можна передати
гаму кольорів передаваних зображень.
Роль телебачення не обмежується
побутом — це не тільки «домашній театр».
Телебачення дедалі більше впроваджується в
найрізноманітніші галузі науки і техніки. Воно,
наприклад, дає можливість спостерігати
підводний світ. У травні 1951 р. затонув
англійський підводний човен. Пошуки човна вели
з допомогою спеціальної телевізійної камери
для підводного бачення. Була обстежена
ділянка моря площею близько 15 000 км2. Човен
удалося розшукати. Підводне телебачення
застосовувалося також під час археологічних
робіт у районі Марселя. На глибині 40 м було
знайдено старогрецькі посудини — амфори,
в яких 2200 років тому греки возили вино
8 острова Родос у свою колонію, розташовану
поблизу Марселя.
Особливо велика роль телебачення в
космічних дослідженнях; досить згадати
радянські місяцеходи: їх очі — телевізійні камери.
Надзвичайно перспективне застосування
телевізійних установок у промисловості. Так,
у гірничорудній промисловості телевізійні
установки допомагають машиністам
екскаваторів вибирати ділянки для найбільш
продуктивної виробки. Телевізійна камера
розташовується безпосередньо над ковшем
екскаватора, а телевізор встановлюють у кабіні.
Дивлячись на телевізійний екран, машиніст бачить
великим планом те місце, на яке націлений
ківш. На металургійних підприємствах
телевізійні установки застосовують для керування
автоматичною заливкою ливарних форм.
Телевізійні установки розташовують у
безпосередній близькості від розплавленого металу або
розжареної топки.
Співробітники науково-дослідного
телевізійного інституту створили серію телевізійних
установок для промислових цілей, вони
портативні, економічні та зручні в експлуатації.
Особливо велика роль телебачення в атомній
промисловості, де через небезпеку
радіоактивного випромінювання спостерігати виробничий
процес на власні очі просто неможливо.
Велика перевага телебачення полягає в тому,
що з його допомогою можна з одного
центрального пункту стежити за об’єктами,
розташованими в різних місцях. Так, директор
заводу, не виходячи з кабінету, може бачити
все, що робиться в кожному цеху.
На сортувальній станції височать ажурні
щогли, увінчані гроном сліпучих
прожекторів. На одній із щогл розташована телевізійна
камера. Перед диспетчером, який сидить біля
телевізора, широка панорама: перехрещені
смужки залізничних колій, ланцюжки
составів. Йому легше керувати рухом поїздів,
формувати состави.
Проникав телебачення і в аудиторії учбових
закладів. З його допомогою студенти можуть
спостерігати хід хірургічних операцій,
причому з дуже близької дистанції. У звичайній
операційній це, зрозуміло, неможливо.
Недавно створений телевізійний мікроскоп
дає змогу великій аудиторії вивчати процеси,
які відбуваються в найдрібніших частинках
речовин.
Наука, техніка, народне господарство,
побут — скрізь ми зустрічаємося з телебаченням.
А в майбутньому телевізійний екран стане
неодмінною приналежністю кожного
телефонного апарата. Про це мріяли автори науково-
фантастичних романів. Але ж ми живемо
в надзвичайно цікавий час, коли фантастика
настільки вплітається в буденне життя, що
між ними не можна провести межі. Так і
телебачення з галузі фантастики непомітно
перейшло в повсякденний побут, стало
предметом першої потреби.
Погляд крізь невидиме
«Темно, хоч в око стрель»,— ми говоримо так,
коли туман, хуртовина, непроглядна чорна
ніч. У цей час краще бути вдома або хоча б
96

поблизу якогось житла. А коли людина в
повітрі чи на морі? Як йому — льотчикові,
морякові — уникнути небезпеки в таку темряву?
Людина своїм могутнім розумом і
майстерними руками створила собі «штучний вір».
І називається цей зір радіолокацією. Ця назва
походить від двох латинських слів. Одне
з них — радіо — нам уже знайоме. Друге —
локаціо — означає розміщення, розташування.
Радіолокація — виявлення та визначення
місцезнаходження різних об’єктів у повітрі, на
воді й на суші по радіо.
Ця важлива галузь радіоелектроніки
грунтується, по-перше, на здатності радіохвиль
відбиватися від перешкоди, яка перепиняє їм
шлях, по-друге, на можливості посилати
радіохвилі у вигляді вузького променя, по-третє,
на сталості швидкості, з якою поширюється
радіохвиля.
Постежте за дівчинкою, що грається м’ячем
біля стіни. М’яч ударяється об тверду кам’яну
поверхню і відскакує назад. Дівчинка ловить
його, знову кидає, ловить. Радіолокатор
займається приблизно тим же, тільки для нього
це не гра. Він кидає у простір коротку серію
радіохвиль — імпульс. Імпульс досягає
перешкоди, яка відбиває його, і повертається
назад до локатора (звичайно, дуже ослаблений).
Тоді радіолокатор посилав новий імпульс, той
знову відбивається назад і т. д.
Наочне уявлення про роботу радіолокатора
дає і промінь прожектора. Тонкий димучий
стовп світла пронизує небо і, поступово
розчиняючись, іде, здається, до самих зірок. Та
раптом у прожекторний промінь з чорної
темряви влетів літак. Дивіться, як одразу
заіскрилась, заблищала срібна комашка! Це частина
світлової енергії відбилась від літака і,
повернувшись на землю, потрапила в око
спостерігача. Прожекторний промінь — гігантська
указка, з допомогою якої легко показати
напрям на той чи інший об’єкт. Чим тонша
указка, тим точніше можна нею маневрувати.
Радіолокатор посилає імпульси у вигляді
вузьких променів. Напрям, в якому
випромінює хвилі антена цього приладу, може
повертатись, як прожектор. Невидимий
радіопромінь обмацує простір, поки не натрапить на
перешкоду.
Ми згадали вище, що радіолокатор
подрібнює радіопромінь на окремі імпульси, які
йдуть один за одним. Для чого це робиться?
Пущений локатором «м’ячик» ударяється об
стінку (літака, корабля, будівлі або якоїсь
іншої перешкоди) і відскакує назад. Коли
нам удасться заміряти час, що його витратив
імпульс радіохвиль, то, знаючи його
швидкість — близько 300 000 км/с, ми узнаємо
відстань до об’єкта.
Та яким годинником виміряти зовсім малий
час, за який імпульс встигає «пробігти» туди
й назад? Секундомір тут ні до чого — вся
подорож триває десятитисячні, а іноді й
стотисячні частки секунди! Роль «надсекундоміра»
для вимірювання зовсім малих проміжків часу
з успіхом відіграє електроннопроменева
трубка — рідна сестра тієї самої трубки, яка є
в кожному сучасному телевізорі.
По екрану електроннопроменевої трубки
радіолокатора проходить світна
горизонтальна риса — лінія розгортки. її креслить тонкий
електронний промінь. Він рухається зліва
праворуч, потім миттю повертається у вихідну
точку, знову йде праворуч і т. д. Електронний
промінь коливається, наче годинниковий
маятник, тільки в один бік він рухається порівняно
повільно (наприклад, «цілу» десятитисячну
частку секунди!), а в другий значно швидше
(скажімо, мільйонну частку секунди).
У той момент, коли промінь тільки
відходить від початкової точки на лінії розгортки,
радіолокатор посилає у простір імпульс.
Одночасно на електроди трубки надходить імпульс
електричної напруги, який відхиляє пучок
електронів угору. Тому на самому початку
лінії розгортки виникає вертикальний сплеск.
Через деякий час імпульс, відбившись від
шуканого об’єкта, повертається до радіолокатора
і через його антену діє на радіоприймач. За
цей проміжок часу електронний промінь
встигає пробігти якусь частину лінії розгортки.
Та як тільки імпульс повернувся, на
електроди трубки знову надходить імпульс, який
відхиляє пучок електронів, і на лінії
розгортки з’являється новий сплеск. Тим часом
електронний промінь продовжує рухатися
праворуч, досягає краю, перестрибує в початкову
точку. Радіолокатор посилає новий імпульс,
і все повторюється.
Отже, на екрані радіолокаційної станції
видно два сплески. Один з них відповідає
моменту посилки імпульсу, другий — моменту
його повернення. Чим швидше повернувся
імпульс, тим ближче другий сплеск до
початку лінії розгортки. Інтервал між сплесками
показує час подорожі імпульсу. Швидкість
руху електронного променя наперед відома,
тому з інтервалу між сплесками можна
зробити висновок про відстань до виявлюваного
об’єкта.
97
7 220

Паралельно лінії розгортки можна
помістити шкалу — лінійку з поділками, по якій
безпосередньо відлічують відстань до об’єкта.
Оператор на екрані зразу бачить, на якій
відстані ціль, рухається вона чи стоїть на місці.
Коли ціль наближається, інтервал між
сплесками скорочується, а коли вона віддаляється,
інтервал більшає. Складніші пристрої дають
змогу шляхом додаткової обробки сигналів
автоматизувати визначення координат і
параметрів руху цілей.
Виникла радіолокація порівняно недавно —
перед другою світовою війною. Вона стала
можливою тільки з розвитком техніки
генерування та приймання метрових,
дециметрових і сантиметрових хвиль. Як нам відомо,
довші хвилі огинають невеликі перешкоди,
які майже не відбивають їх. Чим довша
хвиля, тим ширший, розпливчастіший
радіопромінь. Ось чому в радіолокації доводиться
застосовувати найкоротші радіохвилі.
Своє перше практичне застосування
радіолокація знайшла під час другої світової
війни. Спочатку радіолокатори використовували
головним чином для виявлення з землі
літаків противника, що наближались. Потім
локатори почали встановлювати і на самих
літаках. З’явились локаційні станції колового
огляду, або панорамні радіолокатори. На їх,
екранах видно немов панораму або, точніше,
контурну карту місцевості під літаком.
Як же працює панорамний локатор?
Антена радіолокаційної станції колового
огляду розташована під фюзеляжем літака
і звернена вниз. Під час роботи локатора вона
робить обертовий рух. Антена посилає на
землю тонкий пучок радіопроменів, який
проектується на земній поверхні у вигляді лінії.
Обертається антена — обертається і ця лінія,
утворюючи діаметр гігантського кола. Центр
кола, природно, ближчий до літака, ніж краї,
шлях для імпульсу в центрі найкоротший.
Тому позначка, що відповідає середині кола,
тобто місцю, над яким перебуває в даний
момент літак, припадає на самий початок
розгортки у центрі екрана. Лінія розгортки на
екрані трубки обертається, наче спиця
велосипедного колеса. Одному обертові антени
відповідає оберт лінії розгортки. Кожна точка
на місцевості має свого двійника на екрані.
Різні точки земної поверхні відбивають
радіопромінь неоднаково: одні — краще, інші —
гірше. Тому відбиті імпульси бувають і різної
сили. Потрапляючи в приймач радіолокатора,
вони керують інтенсивністю електронного
променя, як у звичайному телевізорі. На лінії
розгортки з’являються позначки різної
яскравості. Оскільки ця лінія швидко обертається,
на екрані виникає зображення, яке повторює
в загальних рисах картину оглядуваної
місцевості. Кожний новий оберт лінії розгортки
оновлює зображення, намальоване
електронним променем. Таким чином, на екрані
локаційної станції колового огляду ми бачимо
живу карту, на якій позначено і поїзди, і
кораблі, і колони автомобілів — усе те, чого не
знайдеш на звичайних топографічних картах,
хоч які б вони були докладні.
На екрані панорамного локатора нанесена
особлива шкала —серія концентричних кіл.
Центр екрана — початок лінії розгортки —
відповідає місцю самої радіолокаційної
станції, кожне коло — тій чи іншій відстані. Чим
більший радіус кола, на якому лежить об’єкт,
який нас цікавить, тим далі він розташований.
Радіолокацію почали застосовувати і на
морі. Корабельні радіолокатори докорінно
змінили тактику морського бою. У мирний час
радіолокація гарантує безпеку судноплавства
і літаководіння. Радіолокатори є на всіх
великих літаках і кораблях, використовуються
в аеропортах для керування посадкою літаків.
Радіолокаторами оснащені й морські порти.
Панорамний локатор дає чітке зображення
портових споруд і кораблів, що стоять на
рейді, входять у порт і виходять з нього. З
допомогою телевізійної установки зображення
з екрана радіолокатора передається на
корабель. Капітан корабля бачить на
телевізійному екрані положення свого судна і всіх інших
суден. Це набагато полегшує маневри при
вході в порт або виході в море.
Ще одне застосування радіолокації —
метеорологія.
Щоб узнати температуру, вологість, тиск
повітря на різних висотах, ось уже близько
сорока років застосовують так званий
радіозонд — мініатюрний аеростат, який несе
метеорологічні прилади і крихітний
радіопередавач, що автоматично передає їх показання
на землю. Звичайно, пустивши радіозонд, за
ним стежать з допомогою спеціальних зорових
труб з кутомірними пристроями, які дають
можливість оцінити напрям і швидкість вітру,
що захоплює радіозонд. Це легко зробити,
коли куля в полі зору. Але ДОСИТЬ ЇЙ ПІТІІ
у хмари, сховатися в тумані, і стежити за
нею стає неможливо. Куди вона повернула,
звідки долинають радіосигнали, сказати не
можна.
98

Тут-то й став у пригоді метеорологам
«штучний зір». Політ радіозонда почали
спостерігати з допомогою радіолокатора. Однак
радіозонд піднімається не досить високо й летить
повільно.
На зміну радіозондам прийшли стрімкі
радіометеорологічні ракети. Ці невеликі
стратосферні кораблі досягають висоти в сотні
кілометрів і за ними невідступно стежать
локатори.
Але можливості локаційної метеорології ще
ширші. Використовуючи хвилі довжиною в
кілька міліметрів, можна досліджувати хмари
й тумани. Ці хвилі відбиваються від хмар,
причому сила відбитих сигналів тим більша,
чим густіші хмари. За виглядом картинки
на екрані панорамного радіолокатора можна
зробити висновок про характер хмарності
у великому радіусі. Такий локатор, діючи на
міліметрових хвилях, дає змогу спостерігати
переміщення багатошарових хмарних мас,
грозових фронтів, тайфунів. Удалось
одержати відбиток навіть від полярних сяйв.
Так радіолокація допомагає вченим
проникнути в «кухню погоди».
...І ЗОРЯ З ЗОРЕЮ ГОМОНИТЬ
Космічні мазери
На початку 30-х років ученим уперше вдалось
підслухати розмову зірок. Були виявлені
дивні радіозавади, які виникають періодично,
через кожні 23 години 56 хвилин, тобто один
раз на зоряну добу. Така періодичність
наводила на думку, що джерело завад — поза
Землею. Дослідження підтвердили здогад.
Систематичні спостереження над
таємничими «радіопередачами» почалися в 1944 р.
і більш інтенсивно провадились в післявоєнні
роки. Звичайно, романтики й фантасти були
розчаровані: уеллсівські марсіяни і взагалі
жителі інших світів, як видно, були
непричетні до сигналів з космосу; просто шурхіт
у телефонах і більше нічого... Але ця завада
відкрила нову добу в розвиткові астрономії,
народилась радіоастрономія.
Оптика озброїла вчених найтоншими
астрономічними приладами. Кожної зоряної ночі
в небо спрямовують труби й дзеркала
гігантських телескопів. Але у хмарну погоду оптичні
прилади безсилі. Простоюють вони і вдень —
заважає сонячне світло. Атмосфера, наче
величезне матове скло, закриває зірки. Лише на
короткий час відкривається в ній вікно, крізь
яке можна спостерігати Всесвіт.
Проте це матове скло прозоре для
метрових, дециметрових, сантиметрових і ще
коротших радіохвиль. З допомогою
радіотелескопа астрономи дістали такі можливості, про
які вони раніш не могли і мріяти.
Головна частина звичайного оптичного
телескопа — дзеркало або об’єктив, що
вловлює світлове випромінювання досліджуваного
об’єкта. В радіотелескопі аналогічну роль
відіграє гостронапрямлена приймальна антена,
з’єднана з дуже чутливим радіоприймачем.
Основу антени радіотелескопа в багатьох
випадках теж становить металеве дзеркало
діаметром 30—60 м і більше. Застосовують також
складні комбінації з безлічі одиночних
антен — диполів. Диполь — це металевий
стержень, довждна якого дорівнює приблизно
половині довжини хвилі вловлюваного
випромінювання.
Виявилося, що космічне
радіовипромінювання являє собою хаотичну суміш
електромагнітних коливань різних частот. Воно за
своїм характером аналогічне шумам, про які
ми недавно розповіли.
Антена з настроєним на певну хвилю
приймачем немов вирізує з усього цього хаосу
коливань вузьку смужку. Спрямовуючи
радіотелескоп у різні точки небесної сфери,
шукають джерела радіовипромінювання, а
використовуючи антени й радіоапаратуру з різною
настройкою, послідовно прощупують
частотний спектр уловлюваних коливань.
Дуже важливо не переплутати шуми
космічного* походження з шумами самої
апаратури — приймача, приєднаного до антени. Чим
менше шумить приймач, тим легше виявити
слабке космічне випромінювання. А наскільки
99
7*

воно слабке, свідчить такий приклад. Потік
радіовипромінювання на хвилі довжиною 1}5 м,
створюваний Сонцем, приблизно в 200 тисяч
разів слабший за потік від звичайного
радіопередавача потужністю 500 Вт (це потужність
освітлювальної лампи), віддаленого на 100 км.
Що ж казати про радіовипромінювання
далеких зірок?!
Звідси ясно, що треба гранично подавити
шуми радіотелескопа. Отже, в ньому важко
обійтися без квантових підсилювачів. Вони
особливо цінні для дослідження міжзоряних
скупчень водню.
У 1945 р. голландський вчений астрофізик
Ван дер Холст на основі квантовомеханічних
уявлень допустив, що атоми водню, які
перебувають у міжзоряному просторі, можуть
давати радіовипромінювання з довжиною хвилі
близько 21 см.
Ми вже говорили про створені недавно
водневі мазери, що генерують коливання
частотою 1420405571,800 Гц. Перевівши частоту
в довжину хвилі, одержимо те саме
значення — 21 см. Отже, припущення Ван дер Холста
можна передати іншими словами: у глибинах
Всесвіту діє природний мазер.
У 1948 р. Й. С. Шкловський (нар. 1916 р.)
підрахував, що міжзоряний мандрівник —
збуджений атом водню — переходить з
верхнього енергетичного стану в нижній і при
цьому випромінює радіохвилю довжиною 21 см
у середньому один раз на 10 мільйонів років.
Це явище, здавалося б, таке рідкісне, що
виявити його неможливо: 10 мільйонів років
тому на Землі був третинний період. Що буде
через 10 мільйонів років, ми передбачити не
можемо. Одне слово, імовірність дочекатися,
поки окремий атом водню дасть квант на
хвилі 21 см, практично дорівнює нулю. Але
таких атомів у Всесвіті незліченна кількість.
Густота міжзоряного газу зовсім мала, проте
розміри самої тільки нашої Галактики
колосальні. Тому імовірність виявити водневе
випромінювання досить велика.
Та що це дасть, чи варто взагалі марнувати
сили, час і кошти на пошуки? Виявляється,
для астрономів радіовипромінювання водню —
не курйоз, а засіб дослідження Всесвіту. З
фізики ми добре знайомі з ефектом Допплера.
Якщо випромінюючий атом рухається відносно
точки спостереження, то довжина хвилі
збільшується або зменшується залежно від напряму
руху. Тому радіотелескоп повинен уловити
коливання дуже близьких, але все ж таки
різних частот. Досліджуючи спектр
«водневого» випромінювання, можна одержати важливі
відомості про напрям і характер руху
міжзоряного газу.
Як бачимо, завдання, сформульоване
теоретиками, має велике значення. Уперше воно
було розв’язане в 1951 р. Водневе
випромінювання одночасно виявили астрономи трьох
континентів. Пізніше для його дослідження
був застосований квантовий підсилювач. Так
мазер, зроблений руками людини, зустрівся
з природним космічним мазером.
Методами радіоастрономії, з допомогою
радіотелескопів діаметром іноді понад 70 м, які
обертаються на масивних опорах подібно до
гігантських прожекторів, удалося зібрати
величезний матеріал, який по-новому висвітлює
багато процесів, що відбуваються в світовому
просторі. Дуже цікаві результати дало
дослідження власного радіовипромінювання
планети Венера.
Радіоастрономічні дослідження Венери
провадяться в СРСР Фізичним інститутом
ім. П. М. Лебедєва і в США. У 1964 р.
радянські астрономи й американський астроном
Б. Кларк з обсерваторії Оунес Веллн
Каліфорнійського технологічного інституту
прийшли до важливих висновків. Виявилося, що
атмосфера Венери прозора для радіохвиль
10-сантиметрового діапазону. Спостереження
ва радіохвилями, що іх випромінює планета,
показали, що в її екваторіальній частині
температура поверхні близька до 400° С, а
поблизу полюсів приблизно на 150 градусів нижча.
100

Вчені визначили також діелектричну сталу
поверхневого шару Венери. Знайдене
значення — 2,5 — відповідає сухим піскам і
асфальтам. Розпечена мертва пустеля — такою
постав перед нами Венера. Інтенсивні
радіоастрономічні дослідження Венери та інших
планет тривають, даючи дедалі повніші дані.
Радіоастрономія знайомить нас і з
надзвичайно віддаленими областями Всесвіту. Багато
років ученим не давала спокою одна дивна
обставина. З допомогою радіотелескопів у небі
виявили кілька тисяч досить потужних
точкових джерел радіовипромінювання. їх
назвали радіозірками. Значну частину радіозірок
розшифрували. Одні були газовими
туманностями, другі — далекими галактиками, треті —
відгомоном космічних катастроф.
Радіовипромінювання може виникнути в результаті
гігантського космічного вибуху, коли порівняно
слабка зірка раптом яскраво спалахує, зростав
до величезних розмірів і потім
перетворюється на газову хмару.
Але немало радіозірок лишались
нерозгаданими. На їх місці оптичні телескопи виявляли
зіяючу порожнечу. У 1960 р. американські,
астрономи X. Сміт і Д. Хоффлейт з точністю
до однієї кутової секунди «запеленгували»
одне з таємничих джерел
радіовипромінювання—ледве помітну зірочку в сузір’ї
Трикутника. її занесли в зоряні каталоги під
шифром ЗС-48.
Потім удалося «засікти» ще кілька
«невидимок». Так появились ЗС-286, ЗС-147, ЗС-197,
ЗС-273.
Радіозірки мали незвичайну особливість.
Спектр їх світлового випромінювання був
дуже дивним, не схожим на спектри
звичайних зірок. З’явилася цілком нова спектральна
лінія, що відповідає раніш невідомому
квантовому переходові. Може, радіозірка
складається з нових хімічних елементів, яких нема&
на Землі?
Голландський астроном М. Шмідт висловив^
сміливе припущення: хімічні елементи —
звичайні, квантові переходи — теж. Спектральні
лінії змістились і зайняли «чужі» місця тому,,
що радіозірка знаходиться на колосальній
відстані від Землі, і ця відстань весь час зростає.
Ефект Допплера — ось і вся загадка!
За підрахунками Шмідта радіозірка ЗС-273
знаходиться від нас на відстані півтора
мільярда світлових років і віддаляється із
швидкістю близько 50 тис. км/с. Зірка ЗС-42
знаходиться на відстані чотирьох, а ЗС-236 —
шести мільярдів світлових років від Землі.
Дивлячись на цю зірку в телескоп, ми бачимо
світло, яке почало свій шлях у космосі, коли
нашої планети ще не було...
Якої ж яскравості, якої потужності має
бути джерело такого світла! Раніш думали,
що радіозірки — слабкі, несміливі члени
нашої Галактики. Тому їх ледве видно. А тепер
вченим довелося докорінно переглянути це
припущення. На думку двох відомих
вчених — англійця Ф. Хойла і американця В, Фоу-
лера, маса радіозірки в 100 мільйонів разів
більша за масу Сонця.
Чи можливо це?
Астроном Д. Оук з обсерваторії Маунт Віл-
сон дослідив розподіл енергії у спектрі
радіозірки 30273 і знайшов, що її випромінююча
поверхня в тисячі разів більша за поверхню
найбільш гігантської із звичайних зірок. Та,
може, під виглядом зірки приховується ціла
галактика?
У 1963 р. радянські астрономи Ю. Н. Єфре-
мов і А. С. Шаров, а також американці
X. Сміт і Д. Хоффлейт, вивчивши сотні
фотографій радіозірки ЗС-273, зроблених у різний
час, виявили періодичність у зміні її блиску.
101

Значить, це не галактика, а окрема зірка.
Адже навряд чи можуть міріади зірок
розгорятися й пригасати строго синхронно, як
театральні електричні лампочки, що живляться
від одного реостата!
У грудні 1963 р. відбувся Міжнародний
симпозіум, присвячений зірковим колосам — над-
зіркам. І перше питання, яке поставили вчені
один одному,— яке джерело енергії підтримує
неймовірної сили електромагнітне
випромінювання? Термоядерні реакції? Але розрахунки
виключають таку можливість!
Тепер підозра падає на гравітацію.
Вважають, що велетенська енергія надзірок
породжена тяжінням. Чи так воно? Чи прийде на
зміну гравітаційній гіпотезі нова, ще
сміливіша? Питання поки що відкрите, ведеться
пошук, нагромаджуються факти.
Є ще одна проблема, яка виникла у зв’язку
з розвитком радіоастрономії і добре-таки
схвилювала всіх учених: чи можемо ми встановити
контакти з мислячими істотами з інших світів?
Відомий дослідник поширення радіохвиль,
почесний президент Міжнародної наукової
радіоспілки Ховард Деллінджер у 1960 р.
сказав: «Я не думаю, що людина колись досягне
зірок у космічному кораблі. Але ми зробимо
це на радіохвилях. Є міріади планет у зірок,
крім Сонця, на яких є життя. Мабуть, на дуже
багатьох з них є більш розвинута форма
життя, ніж людство. Мабуть, багато з них
посилають сигнали з думкою про контакти з
життям інших світів. Науково організовані спроби
приймання осмислених сигналів з глибин
космосу можуть з часом увінчатись успіхом,
може, через кілька століть, але це може
статись і завтра...» Наприкінці 1964 р. при Раді
з радіоастрономії АН СРСР була утворена
секція з інтригуючою назвою: «Пошуки
сигналів позаземних цивілізацій». Завдання
секції — по-новому придивитися до деяких
точкових джерел космічного
радіовипромінювання.
У рішенні Першої всесоюзної наради з
проблем позаземних цивілізацій говориться, що
експериментальні роботи з пошуків розумного
життя у Всесвіті мають вестись у двох
напрямках: планомірний і систематичний пошук
штучних сигналів у радіусі 1000 світлових
років, включаючи посилку сигналів імовірним
кореспондентам; пошуки сигналів від
цивілізацій, більш розвинених за нашу, і з цією
метою дослідження джерел космічного
радіовипромінювання.
Щоб приймати позаземні сигнали, потрібні
найтонші, досконалі інструменти. їх дає
квантова радіоелектроніка.
Активна астрономія
Астрономія завжди вважалася пасивною,
спостережною наукою, що не може втручатися
в хід космічних процесів, проводити досліди
над небесними тілами. Але останнім часом
з’явилася й успішно розвивається активна,
або радіолокаційна, радіоастрономія. Промені
локаторів дали змогу буквально ощупувати
видиму з Землі поверхню Місяця, визначити
точні відстані до нашого супутника в різні
моменти часу.
Група вчених на чолі з академіком В. О. Ко-
тельниковим (нар. 1908 р.) уточнила відстань
між Землею і Венерою і вперше визначила
тривалість венеріанської доби. Такі
дослідження було проведено і з планетою Юпітер.
Радіоастрономи з великою точністю
визначили відстань від Землі до Сонця, а це —
основна астрономічна одиниця. В таких
одиницях відлічують відстані до зірок і галактик.
Завдяки радіолокації помилка космічних
вимірів зменшилась майже в 50 разів.
Магнітне поле повертає площину
поляризації радіохвиль. Отже, радіолокаційна
астрономія може відповісти на питання, чи має та
чи інша планета магнітне поле. Якщо
площина поляризації відбитого променя
повернулась, то можна допустити, що магнітне поле є.
Активна астрономія — ефективний метод
дослідження метеорів. Метеори іонізують земну
атмосферу. їх сліди складаються з газів, які
проводять електрику і, значить, відбивають
радіохвилі. З допомогою радіолокатора можна
виявити слід метеора, стежити за ним удень
і в хмарну погоду й визначити відстань до
нього, швидкість, напрям руху.
Систематичні радіолокаційні спостереження
допомогли вченим краще розпізнати природу
102

метеорів і, як ми вже говорили, навіть
«пристосувати» їх для далекого радіозв’язку.
Радіолокаційну астрономію по праву
назвали активною. А тепер уже існує «надактивна»,
ракетна астрономія. її девіз — ближче до
об’єкта дослідження!
Оптичні й радіоастрономічні методи могли
дати якесь уявлення тільки про видимий бік
Місяця.
4 жовтня 1959 р. в Радянському Союзі було
запущено автоматичну станцію «Луна-3», яка
сфотографувала невидимий бік Місяця і
передала знімки на Землю. Уперше в історії
астрономи одержали з космосу телевізійне
зображення іншого небесного тіла. Космічне
телебачення дало змогу скласти атлас місячної
поверхні. Цей атлас, опублікований АН СРСР,
був перевиданий в ряді країн, включаючи
Англію, Францію та США.
У наші дні почалось безпосереднє
дослідження Місяця. Радянські автоматичні
станції фотографують місячні ландшафти,
доставляють зразки місячного грунту; місяцеходи
проклали на поверхні Місяця своїми
колесами перші колії. Космічні станції з
автоматичною дослідною апаратурою роблять польоти
до Венери і Марса. На черзі інші планети
Сонячної системи і небесні тіла за її межами...
Щоб наблизити космічні далі, потрібна
гранично чутлива радіоприймальна апаратура.
Чутливість апаратури, застосовуваної в
радіолокаційній та ракетній астрономії,
обмежується власними шумами. Сильніш подавлені
шуми — більш слабкий сигнал вдається
виявити. Отже, і тут постає потреба у квантових
підсилювачах. І тут перед мазерами широкий
шлях.
Астрономи досліджують Землю
З незапам’ятних часів астрономи звертали
свої погляди до далеких світил, своя ж
власна планета була поза полем зору телескопів.
Виявилося, проте, що подивитися на Землю
здалека не тільки можна, а й дуже корисно.
Звичайно, щоб «розглянути» Землю,
астрономам треба віддалитися від неї на досить
велику відстань. Створення орбітальних
наукових станцій відкриває таку можливість.
Недалекий той час, коли в космосі постійно будуть
перебувати цілі колективи дослідників, які
оберуть за об’єкт дослідження не тільки Марс
або Венеру, а й Землю; а поки що на орбіту
запускають автоматичні станції з
необхідними оптичними й радіоастрономічними прила-
«сй?
<СЗ
дами, і все виявлене з їх допомогою передають
на Землю по радіо.
Може постати питання: для чого потрібно
досліджувати Землю з космосу? Згадаймо,
наприклад, космічні розвідники погоди —
метеорологічні супутники. Вони дають змогу
спостерігати хмарний покрив. Телевізійні карти
хмар, які передаються на Землю, допомагають
складати прогнози погоди, передбачити
зародження тайфунів і штормів.
У загальній характеристиці Землі як
планети велику роль відіграє електромагнітне
випромінювання в широкому діапазоні частот —
від інфрачервоних променів до радіохвиль. На
відміну від світлових променів радіохвилі
вільно проникають крізь хмарний покрив. Це
дозволяє посереднім методом вимірювати
температуру земної поверхні. Спектральний
аналіз радіовипромінювання дає змогу визначати
вологість повітря, виявляти вогнища опадів,
досліджувати структуру хмарності.
Особливо важливу інформацію можна
здобути при польоті метеорологічного супутника
над океаном. Саме тут зароджуються
гігантські циклони, які визначають погоду по всій
Землі.
Супутники системи «Космос» та інші
допомагають нам здійснювати глобальні
експерименти по прийому радіовипромінювання
Землі. Для цього на супутнику є чутливі
радіоприймачі сантиметрових і міліметрових
хвиль; гостронапрямлені антени супутника
автоматично орієнтовані на Землю. Такий
супутник — справжня радіоастрономічна
обсерваторія. Він дає багато цінних даних про
атмосферу і поверхню Землі. Так визначено
межу суцільної криги навколо Антарктиди,
складено меридіональний розріз температури
поверхні води в Тихому океані від Берінгового
моря до Антарктиди, проведено багато інших
важливих спостережень.
103

Супутники «Метеор» систематично
передають на Землю зображення хмарності й
снігового покриву на освітленому й тіньовому боці
нашої планети, дають інформацію про
відбиту й випромінювану Землею й атмосферою
теплову енергію. Десятки тисяч наземних
станцій не могли б дати такої повної
глобальної картини процесів на Землі, яку дав один
супутник.
З часом астрономи, мабуть, взагалі
віддаватимуть перевагу космічним обсерваторіям
перед земними. Вони одержать нові, можливо,
найнесподіваніші результати як про світи,
віддалені від нас на сотні світлових років, так
і про колиску людства — Землю.
ПРО ГОЛОС, МУЗИКУ,
ЗУБНИЙ БІЛЬ
ТА ПРО БАГАТО ЧОГО ІНШОГО
Збережений звук
«Говорить Москва. Передаемо російські
народні пісні у виконанні Федора Івановича Ша-
ляпіна...».
І от машина часу несе нас на десятки років
назад. Ми чуемо предивний голос великого
артиста — багато років тому пролунали ці
неповторні звуки. Але чому ж неповторні?
Адже ми можемо слухати їх знову і знову.
Давно не стало співака, а його пісня, широка,
роздольна російська пісня, живе, бунтув,
сповнює серця хвилюванням і гордістю. Мине ще
не одне сторіччя, а наші нащадки все будуть
тішитись цими чудовими звуками, над якими
не владний час.
До нас дійшли прекрасні скульптури,
створені за тисячі років до нашої ери, чудові
полотна Рафаеля, Тіціана, Рубльова. Ці шедеври
мистецтва пережили віки. А де ж ви, эвуки
чарівної скрипки Паганіні? Хіба ви не
заслужили безсмертя? На жаль, вони зникли без
сліду. Лише в кінці минулого сторіччя люди
навчились «консервувати» звуки. В лютому
1878 р. Т. Едісон взяв патент на фонограф (від
грецьких слів «фоне» — звук і «графо» —
пишу) . Що ж являв собою цей апарат, який
уперше дав змогу піймати хисткий, умить
танучий звук, перетворити його в найзвичай-
нісіньку річ, яку можна взяти в руки?
Фонограф являв собою... А втім, хай краще
розповість про нього сучасник Т. Едісона,
редактор американського журналу «Сайєнті-
фік Амерікен»:
«Я щойно прийшов до контори, коли мене
повідомили про прихід містера Едісона...
Увійшовши до мого кабінету, він поставив переді
мною пакунок, який до того часу бережно
тримав у руках. Коли він знімав упаковку,
я спитав, що це таке. «Зараз побачите»,—
відповів Едісон. З цими словами він присунув
до мене дивовижний апарат. Побачивши
довгий циліндр з важким колесом на одному
кінці й невеликою ручкою на другому, я,
природно, взявся за ручку й повернув її. Як же
я здивувався, коли з трубки приладу, що
нагадувала телефонну, чітко пролунали
слова: «Здрастуйте! Скажіть, якої ви думки про
фонограф?» Коли б я сказав, що був
вражений, це зовсім не передало б мого стану...»
Недивно, що багатьом людям того часу
фонограф здавався або «чортовинням», або
спритним шахрайством. Під час демонстрації
фонографа на засіданні Паризької академії
наук один з академіків заявив, що не бажає
бути присутнім на сеансах черевомовця.
А тим часом нічого надприродного в роботі
фонографа не було. Ось що розповідає про
свій винахід сам Едісон:
«Я був зайнятий приладом, який
автоматично передавав азбуку Морзе... Стрічка з
відбитками букв проходила через валок.
Пускаючи в хід цей прилад, я помітив, що при
швидкому обертанні валка, по якому
проходила стрічка з відбитками, чути було
ритмічне дзижчання... Я прилаштував до апарата
діафрагму із спеціальним пристроєм, який
міг би сприймати звукові хвилі мого голосу
й витискував би їх на якомусь м’якому
матеріалі, прикріпленому до валка. Я зупинився
на просоченому парафіном папері й одержав
чудові результати. При швидкому обертанні
валка відбиті на ньому знаки... повторювали
вібрації мого голосу, і через особливий
передавальний прилад з другою діафрагмою
виразно чути було слова, немов говорила сама
машина...».
104

Невдовзі на зміну фонографу прийшов
грамофон. По суті грамофон — той самий
фонограф, тільки валок замінено тут плоским
диском — грамофонною пластинкою.
Ось вона перед вами — звичайна
грампластинка, яку можна знайти в кожному домі.
Подивіться на її звивисту борозенку. Звивини
цієї борозенки нагадують застиглі гребені
морських хвиль. Голка грамофона, йдучи по
звивинах, вібрує. Там, де вони розташовані
густіше, ближче одна до одної, частота
коливань вища, а там, де рідше, голка коливається
з меншою частотою. Коливання грамофонної
голки передаються пружній мембрані —
тонкій, туго натягнутій металевій пластинці,
а від неї, через рупор,— навколишньому
повітрю.
Як же звук записується на пластинку?
Уявіть собі плоский диск із твердого воску.
Диск цей може обертатись, як грамофонна
пластинка. Уздовж радіуса диска рівномірно
переміщується особливий різець, залишаючи
на диску гладеньку борозенку. Оскільки диск
не стоїть на місці, а обертається, борозенка
має вигляд спіралі. Уявіть собі ще, що різець,
як голка грамофона, прикріплений до
мембрани. Мембрана, у свою чергу, з’єднана з
рупором, який вловлює звуки. Коли крикнути
в рупор, мембрана задрижить, різець теж
почне коливатись. Спіральна борозенка на
диску вкриється брижами звивин. Звук
«спіймано»! Далі віск у спеціальних ваннах
покривають шаром металу. Виходить форма.
Нею потім і штампують ті грампластинки, які
всі ви багато разів бачили.
Однак під час механічного запису та від^
творення музика і мова супроводяться
спотвореннями. З рупора чути неприємне шипіння.
Гучність відтворення не досить велика,
регулювати її відповідно до бажання слухача
неможливо. До того ж пластинка швидко
спрацьовується.
Значно кращі результати при електричному
записі й відтворенні грамофонних пластинок.
Різець сучасного звукозаписувального апарата
з’єднують з електромагнітним механізмом —
рекордером, який вмикають на вихід
підсилювача. На вхід підсилювача подаються
коливання, які треба записати. Підсилення і тембр
регулюють так, щоб звук при відтворенні
Звук-
Світлочутлива кіноплівка
\ Підсилювач
Ні
Спеціальна
лампа
розжарювання /'/' У
Циліндрична
лінза
'иттша лампи
Щ*7тогра<р?у*а фонограма
Змінної щільності
ТГишучий світловий штрих
105

Пишуче
_ магнітне
Робочий поле Силові лінії
зазор 'ч І магнітного поля фонограми
гл
Мікросрон
Магнітна Сердечник
стрічка головки запису
виходив природним, а спотворення були б
непомітні.
В електропрогравачі коливання голки під
час її руху по борозенці грампластинки
передаються адаптеру, або звукознімачу. Потім
ці коливання підсилюються і перетворюються
у звук з допомогою гучномовця.
Найбільш поширені звукознімачі, дія яких
грунтується на п’єзоелектричному ефекті.
У них механічні коливання голки
передаються п’єзоелектричній пластинці, яка
перетворює їх у змінну електрорушійну силу. Отже,
і тут п’єзопластинка виступає у звичайній для
неї ролі перетворювача енергії.
Запис на грамофонну пластинку — не
єдиний і далеко не кращий вид звукозапису.
В кіно, наприклад, звук записується на
спеціальній доріжці, яка біжить по краю стрічки.
Крізь цю доріжку проходить вузький пучок
світла, що падає на фотоелемент, увімкнутий
у вхідне коло підсилювача. Ширина прозорої
частини доріжки змінюється відповідно до
записаних звукових коливань, тому змінюється
й освітленість фотоелемента, отже, струм
коливається. На вході підсилювача виникають
електричні коливання, і в гучномовці чути
звук. Але найкращий звукозаписувальний
апарат — магнітофон.
Тонка плівка завширшки в кілька
міліметрів покрита з одного боку рівним шаром
коричневої речовини — лаком, який містить
частинки феритового порошку. Цей порошок,
за своїм виглядом і складом дуже схожий на
звичайну іржу, виявляється, має незвичайні
властивості — він може «говорити»!
Візьміть стальний брусок і притуліть його
до магніту. Тепер заберіть магніт. Брусок
устиг намагнітитися — сам став магнітом,
набув властивості притягати залізні предмети.
Таке явище називається залишковим
намагнічуванням.
Звук
запису
Під час магнітного запису використовують
спеціальний електромагніт — котушку з
проводу, намотаного навколо осердя з м’якого
заліза; це так звана магнітна головка.
Магнітне поле такого електромагніту залежить
від струму в його обмотці. Магнітну головку
приєднують до виходу підсилювача. Ви
говорите в мікрофон, а поле головки то зростає,
то падає — у такт звуку.
Почнемо перемотувати плівку, покриту
феритовим шаром, з однієї котушки на іншу
так, щоб стрічка проходила поблизу магнітної
головки. Плівка весь час буде
намагнічуватись то дужче, то слабше, залежно від сили
звуку.
Швидко перемотаємо намагнічену плівку
назад на першу котушку. Тепер повторимо
все з початку, але магнітну головку
перемкнемо на вхід підсилювача, а до виходу
приєднаємо гучномовець. Ми почуємо звуки, щойно
вимовлені перед мікрофоном.
Річ у тому, що магнітне поле навколо
плівки, яка рухається, весь час змінюється, бо
в різних місцях плівка намагнічена
неоднаково. Це змінне поле діє на електромагніт
і за законом електромагнітної індукції
наводить в його обмотці струм, який після
підсилення і приводить у дію гучномовець.
Щоб магнітофон працював добре, плівку
треба перемотувати з котушки на котушку
строго рівномірно, з сталою швидкістю.
Магнітну головку звичайно роблять у вигляді
кільця з поперечною щілиною завширшки
менше від сотої частки міліметра. Щілина
концентрує магнітне поле. Адже для того,
щоб перо добре писало, його треба
загострити. Магнітна головка відіграє роль такого
добре загостреного пера.
В магнітофоні магнітна плівка проходить
повз магнітні головки: стираючу, записуючу
і відтворюючу. Стираюча головка увімкнута
106

&"\ ® & &
£ Підсилювач
Стираюча
головка
, . — \7
Записуюча Відтворююча
головка головка
в генератор струму високої частоти.
Коливання магнітного поля цієї головки стирають
старий, непотрібний запис. Чиста плівка
рухається далі до записуючої головки, з’єднаної
з виходом підсилювача. До цієї головки
передаються від підсилювача коливання звукової
частоти. Вони намагнічують плівку то
сильніше, то слабше, у такт звуку. Коли тепер
увімкнути підсилювач, вхід якого з’єднаний
з відтворюючою головкою, то в гучномовці
чути буде те, що ми записали на плівці.
Магнітофон має багато чудових
властивостей. Записану плівку можна програвати
багато разів — якість звучання не гіршає.
Записане легко стерти і на плівці знову можна
записувати все, що завгодно. Плівку неважко
склеїти, і ви не помітите на слух, що був
розрив. А тріснута грампластинка неприємно
клацає кожного разу, коли голка проходить
через тріщину.
Магнітофон дедалі більше стає невід’ємною
частиною нашого життя. Ми слухаємо виступ
артиста, думаємо, що він зараз перед
мікрофоном радіостудії, а виконавець тим часом
сидить біля радіоприймача і слухає власний
голос.
Десятки тисяч картонних папок з
котушками магнітної плівки зберігаються у фонотеці
Всесоюзного радіо, що являє собою скарбницю
звуків.
Удосконалення магнітофона зробило
можливим запис не тільки звуків, а й телевізійних
програм. За останні десять років відеомагні-
тофон став неодмінним елементом
устаткування телевізійних студій. Створюються
малогабаритні відеомагнітофони, невдовзі вони
ввійдуть у побут, як колись увійшов грамофон.
Нечутне звучання
Звуки, яких не чути. Звуки, не здатні
порушити тишу. І все ж справжні, живі звуки,
що підкоряються законам акустики. їх
беззвучність позірна. Просто людське вухо
недосконале, воно глухе до звуків з частотою,
вищою за 15—20 тис. Гц.
Ультразвуки привернули увагу вчених ще
в другій половині XIX ст. Але перші
дослідження мали академічний характер, були
відірвані від життя. Про важливе практичне
застосування звукових та ультразвукових
коливань уперше задумалися в 1912 р. після
загибелі пароплава «Титанік», який зіткнувся
з айсберго*м. Було висловлено припущення,
що виявляти перешкоди в морі можна з
допомогою звуків. Справді, якщо на шляху
звукової хвилі виникає перешкода (гори,
скелі, ліс), то хвиля відбивається від неї і
повертається назад у вигляді луни. Знаючи
швидкість поширення хвилі у воді, а також
час між посилкою звуку і його поверненням,
можна підрахувати відстань до перешкоди.
У роки першої світової війни відомий
французький фізик Поль Ланжевеп (1872—1946)
працював над створенням приладу, який дає
змогу виявляти ворожі підводні човни в
зануреному стані. Як джерело ультразвукових
хвиль Ланжевен застосував електромеханіч-
107

ний перетворювач — уже знайому нам п’єзо-
кварцову пластинку. Пластинку вмикали до
потужного генератора електричних коливань,
і внаслідок п’єзоелектричного ефекту вона
починала інтенсивно коливатися. При цьому
у воді з'являвся вузький, спрямований під
прямим кутом до пластинки пучок
ультразвукових хвиль. Подібно до радіолокатора,
ультразвуковий гідролокатор працював в
імпульсному режимі. Короткі звукові імпульси
чергувалися з більш тривалими паузами. За час
пауви імпульс встигав досягти цілі й
повернутися назад. Приймачем ультразвуку,
своєрідним мікрофоном була все та сама кварцова
пластинка, що перетворювала енергію
ультразвукових хвиль в енергію електричних
коливань, які потім сприймав спеціальний
приймач. Це — електронний прилад, дуже схожий
на радіоприймач.
Під час першої світової війни винахід Лан-
жевена реалізувати не встигли. Але йому
надавали дуже великого значення. До 1939 р.
у США була розроблена ультразвукова
апаратура «Сонар» (ця назва утворена першими
буквами англійських слів «наукова навігація
та визначення далекості»). В Англії
побудували аналогічний пристрій, відомий під
назвою «Асдік». У наступні роки з допомогою
гідролокаторів «Сонар» і «Асдік» було
потоплено кілька сотень німецьких підводних
човнів. Таке одне з перших застосувань
ультразвуку.
А нині ультразвукові коливання
використовують у багатьох галузях науки, промисловості
й народного господарства. Створено багато
різних ультразвукових приладів. За
принципом дії їх можна поділити на дві групи:
у першій ультразвук є засобом одержання
і передавання інформації, в другій — засобом
впливу на речовину та фізичні процеси, які
відбуваються в ній.
Гідролокатор Ланжевена належить до
першої групи приладів. Справді, в ньому
ультразвук інформує про координати цілі, про
швидкість і напрям її руху. Схоже завдання
розв’язує інший ультразвуковий прилад,
широко застосовуваний у мореплавстві — ехолот.
З його допомогою визначають глибину моря,
рельєф морського дна, розшукують затонулі
кораблі. Спеціальна апаратура, побудована за
аналогічним принципом, дає змогу виявляти
косяки риб, вести розвідку китів.
Не так давно вчені зробили цікаве
відкриття. Виявляється, в океані, на певних
глибинах, проходить підводний звуковий канал,
який утворюють шари води з різною
густиною. Таким хвилеводом звук може
поширюватися на величезні відстані. Можливо, що
в майбутньому підводна сигналізація набуде
великого поширення.
Ультразвукові коливання можна
використовувати і для телефонного зв’язку. Тут роль
переносника інформації відіграють не
електромагнітні хвилі, як при радіозв’язку, а
ультразвук, модульований гвуком, який ми
чуємо,— мовою. До цієї групи приладів належить
і ультразвуковий дефектоскоп, винайдений
Сергієм Яковичем Соколовим (1897—1957) у
1928 р. Цей апарат служить для виявлення
тріщин та раковин у металах і пластмасах.
Вузький пучок ультразвуку проходить крізь
досліджуваний виріб. Якщо в товщі виробу
є прихована тріщина, то хвиля частково
відбивається і йде назад, де її вловлює приймач.
З характеру відбитого сигналу, зафіксованого
на осцилографі, роблять висновок про дефект.
Дефектоскопи придатні для вимірювання
уз?
108

товщини стінок у великих резервуарах, де не
підступитися із звичайними вимірювальними
інструментами. Вони допомагають виявляти
корозію у важкодоступних місцях і т. п.
Велику допомогу подасть ультразвук сліпим.
Адже не бачить кажан, а проте чудово
орієнтується у просторі. Цей живий ехолот
випромінює короткі ультразвукові імпульси й
уловлює їх луну.
Для сліпих уже розроблено моделі звукових
локаторів. Одна така модель «бачить» навіть
тонкий мотузок, натягнутий за кілька метрів.
Можна чекати, що ультразвукове око в
поєднанні з електричним оком — фотоелементом,
в якійсь мірі компенсуватиме інформацію, що
губиться при втраті зору.
До тієї ж першої групи приладів належать
і так звані ультразвукові лінії затримки, які
відіграють важливу роль у радіолокації, лі-
чильно-розв’язувальних пристроях і т. п.
Іноді постає потреба наче розмножити
електричні коливання, одержати сигнали-двійники,
зсунуті в часі. Тут користуються тим, що
звукові хвилі — тихоходи проти
електромагнітних хвиль. Ультразвук поширюється в
рідинах і твердих тілах із швидкістю 1000—
40 	000 м/с, тобто в десятки й сотні тисяч разів
повільніше за радіохвилі. Візьмемо скляний
стержень і приклеїмо до його торців
п’єзоелектричні пластинки. Приєднаємо електроди
однієї з пластинок до генератора електричних
коливань. Пластинка почне вібрувати, по
стержню побіжить ультразвукова хвиля. Коли
вона досягне кінця стержня, почне коливатися
друга пластинка, на її електродах виникне
електрична напруга.
Тут, як і в гідролокаторі, ехолоті або
в ультразвуковому дефектоскопі,
п’єзоелектричні пластинки правлять за
електромеханічні перетворювачі. Одна пластинка —
випромінювач ультразвуку, друга — приймач. А разом
із стержнем вони утворюють лінію затримки.
Електричні коливання на її виході — точна
копія коливань на вході. Тільки розмах
коливань значно зменшився (не біда, можна
підсилити!), і, що найважливіше, вихідний
сигнал спізнюється відносно вхідного на
стільки, часу, скільки тривала подорож
ультразвукової хвилі по стержню. Лінія затримки може
бути не тільки скляною, а й металевою або
рідинною. Важливо тільки, щоб її матеріал
не поглинав у хвилі надто багато енергії.
Таким способом можна визначати швидкість
звуку в різних середовищах. З досліджуваного
матеріалу виготовляють лінію затримки
певної довжини. За часом спізнювання сигналу,
який неважко виміряти з допомогою
осцилографа, знаходять швидкість хвилі в лінії.
Метод затримки застосували для
дослідження бетону. Виявилося, що швидкість хвилі
може бути мірилом його якості, що залежить
від сили стиску, границі міцності і щільності.
Вимірюючи швидкість ультразвуку в період
тужавіння бетону, одержали важливі
відомості, які дали змогу поліпшити
технологічний процес.
А от друга група застосування
ультразвуку. Ми вже відзначали, що головне в ній —
специфічна дія ультразвукових коливань на
речовину. Дуже перспективна ультразвукова
механічна обробка твердих та крихких
матеріалів. Спробуйте вирізати фасонний отвір
у склі або кераміці — завдання це дуже
нелегке. Потрібна спеціальна апаратура. У першу
чергу — досить потужне (кілька сотень ват)
джерело електричних коливань (генератор),
а потім — електромеханічний перетворювач
(вібратор).
В ультразвукових пристроях, крім
кристалів кварцу, тепер використовують штучно
вирощувані кристали сегнетової солі,
сульфату літію, фосфату амонію. Застосовується і по-
лікристалічна кераміка, що дає змогу без
особливих труднощів виготовляти
випромінювачі та приймачі великих розмірів і якої
завгодно форми. Та ось біда — усі ці кристали
мало придатні для нашої мети. Потрібний
перетворювач потужніший і міцніший. Таким
перетворювачем став магнітостриктор.
Феромагнетики (залізо, нікель, кобальт та їх
сплави) мають властивості, які нагадують
п’єзоелектричний ефект. Коли з такого матеріалу
виготовити, наприклад, брусок і вмістити його
в магнітне поле, то під дією поля розміри
109

бруска зміняться. Це явище назвали
магнітострикцією. Найпростіший магнітостриктор
являє собою осердя з феромагнітного матеріалу,
вміщене всередину соленоїда — обмотки, по
якій пропускають струм. Якщо струм
змінний, осердя вібрує; електричні коливання
перетворюються в механічні.
Залишається приєднати до вібратора
різальний інструмент, назвемо його умовно
свердлом, хоча це «свердло» й не обертається. А
тепер — трохи абразивної пасти на поверхню
оброблюваного виробу. Опускаємо свердло,
воно поступово заглиблюється в товщу
матеріалу і проходить його наскрізь. І оскільки
наш інструмент робить не обертальний рух,
а зворотно-поступальний, він «залишає
відбиток» свого власного силуету. Так людина,
йдучи по піску, залишає заглибини у формі
своєї ступні.
Ультразвуковим «свердлом» зацікавились...
зубні лікарі. А що, коли замінити ним
бормашину? Спробували. Виявляється, ультразвук
обробляє дупло швидко і без болю. Будемо
сподіватися, що бормашині судилося невдовзі
відійти в минуле.
Ультразвук знайшов своє місце не тільки
в машинобудуванні, а й у металургії. Якщо
через розплавлений метал пропускати
ультразвукові хвилі, то, тверднучи, він набуває дуже
дрібнозернистої структури, в ньому не буде
великих кристалів, неоднорідностей, пузирчи-
ків. Вважають, що в результаті
ультразвукових коливань зерна металу подрібнюються,
кристалічні зародки в тверднучому металі
рівномірно переміщуються. Газові бульбашки,
з’єднуючись при зіткненнях, більшають і
спливають на поверхню.
Ультразвук прискорює багато хімічних
перетворень, розкладає деякі складні речовини.
Опромінення може сприяти полімеризації
таких речовин, як сирова нафта, стирол і т. п.
Іноді ультразвукові коливання викликають
і зворотний ефект — деполімеризацію.
Завдяки ультразвуковим коливанням
удається одержати емульсії різних масел,
парафіну та інших речовин. Ультразвук бере участь
у виготовленні фотоемульсії. Він дає змогу
одержати дрібне зерно на зображенні, бо
подрібнює і старанно перемішує частинки
емульсії. Емульсифікація з допомогою ультразвуку
являє інтерес і для фармацевтичної
промисловості: багато ліків виготовляють у вигляді
емульсій. Способом емульсифікації можна
створювати нові сплави. Наприклад, алюміній
і свинець у розплавленому стані такі ж чужі
одне одному, як ртуть і вода. Але під
впливом ультразвукових коливань вони утворюють
емульсію, яка, тверднучи, перетворюється у
сплав з однорідною структурою.
Вплив ультразвуку на рідкі тіла не
обмежується механічним переміщенням. Велику
роль відіграє явище, яке дістало назву
кавітації. У процесі ультразвукових коливань
рідина навперемінно розріджується і
стискується. При розрідженні найдрібніші газові
бульбашки, що знаходяться в рідині,
збільшуються. Коливаючись, вони зіштовхуються
й об’єднуються, утворюючи порожнини,
наповнені газом або парою. У момент стиснення
порожнини з силою захлопуються. Виникає
гідравлічний удар, який може зруйнувати
занурений у кавітаційну рідину предмет.
Отже, кавітація — шкідливе явище?
Іноді — шкідливе, іноді — корисне. Згадайте,
що й резонанс, на якому, можна сказати,
побудована радіотехніка, при певних обставинах
може завдати шкоди: стройовий крок солдатів
може зруйнувати міст; слабосильний движок,
подаючи воду, може розхитати
багатоповерховий будинок. Так і тут — кавітація може бути
і ворогом, і другом.
Багато хто знає, як важко паяти алюміній.
На його поверхні є густа плівка окису, що
перешкоджає паянню. Був створений
ультразвуковий паяльник, жало якого з’єднано з маг-
нітостриктором і в процесі паяння вібрує.
У розплавленому припої виникає кавітація;
вона руйнує оксидну плівку, здирає її, так
що припій лягає на чистий метал. Для
лудіння застосовують ванни з розплавленим
вібруючим припоєм. Якщо алюмінієва деталь перед
^зануренням у ванну нагріта, то лудіння
займає буквально частки секунди. Ультразву-
110

нове паяння дає особливо хороші результати
при монтажі радіоелектронної апаратури. Спаї
виходять міцні, надійні, з низьким
електричним опором.
Ультразвукову кавітацію з успіхом
використовують і для очистки забруднених металевих
виробів, скляних пляшок і т. п. Цим способом
видаляють накип з парових котлів,
подрібнюють вугілля та сірку.
Ультразвук знайшов застосування у
виноробній промисловості. Він дає змогу
прискорити технологічний процес виробництва вин.
Коагулюючу дію ультразвуку використовують
також для осадження диму. Таким способом
надійно вловлюється сажа. Для коагуляції
туману сірчаної кислоти досить увімкнути
ультразвук на кілька секунд.
Ультразвукові фільтри особливо ефективні,
коли електростатичний спосіб осадження не
можна застосувати через умови техніки
безпеки (якщо можливий вибух або електричне
витікання через осаджену сажу).
Здатність ультразвуку впливати на фізичні
процеси з успіхом використовують у біології
та медицині. Біологи виявили, що при
опромінюванні ультразвуком низької інтенсивності
ріст мікроорганізмів прискорюється; це пояст
нюється їх розсіюванням у більшому обсязі
живильного середовища. Але досить
збільшити потужність ультразвукових коливань —
і мікроби починають гинути. Ця бактерицидна
дія ультразвуку застосовується у практиці,
наприклад, у вигляді ультразвукової
стерилізації.
Протягом ряду років досліджуються
можливості ультразвукової терапії. Є дані, що при
деяких захворюваннях (абсцеси, люмбаго,
невралгія, виразкова хвороба шлунка і
дванадцятипалої кишки та ін.) лікування
ультразвуком у 60% випадків призводить до
значного поліпшення або до повного одужання.
Тут зазначено лише окремі застосування
ультразвуку. Можна було б розповісти ще
про ультразвуковий «рєптген», над яким тепер
працюють вчені, про ультразвукову лупу, що
дає змогу розглядати мікроскопічні предмети,
сховані в товщі непрозорих тіл. Та чи ж мало
таких новинок принесе майбутнє!
Ультразвукова техніка цілком основана на
електроніці. Випромінювач ультразвуку
мертвий без генератора електричних коливань.
Приєднай до генератора антену — побіжать
в ефір радіохвилі, заміни її
електромеханічним перетворювачем — у навколишньому
середовищі збудяться ультразвукові хвилі.
Таку ж паралель можна провести між
радіоприймачем і приймачем ультразвуку.
Радіомузика
Мова піде не про музику, яка передається по
радіо, а про інструменти, в яких замість
струн — транзистори й коливальні контури.
Всякий музичний звук характеризується
висотою, гучністю, тембром.
Ми знаємо, що висота звуку — це
вираження частоти звукових коливань, гучність
залежить від їх розмаху, амплітуди. А от тембр...
Чи знаєте ви, що це таке?
Тембр — своєрідне забарвлення звучання.
Кожний музичний інструмент звучить
по-своєму, маючи свій власний, неповторний тембр.
Одна й та сама нота на різних інструментах
виходить неоднаково. У чім тут справа?
Виявляється, кожний музичний звук має
складний спектр. Крім основного, найбільш
гучного тону, є ще безліч гармонік
(обертонів) .
У різних інструментах гармоніки
розподілені по-різному. В одних вони гучніші, в
інших — тихіші. Гармонік може бути більше
або менше. Іноді до цього злагодженого хору
приєднується стук клавішів або рипіння
смичка. Скрипаль витрачає роки перш ніж
навчиться здобувати приємні звуки з свого
примхливого інструмента.
Скрипка — взагалі загадковий інструмент.
Його не можна розрахувати, як розраховують
машини або прилади. Навіть сам скрипковий
майстер не знає наперед, що в нього вийде.
Славнозвісні майстри, такі як А. Страдіваріус
або Дж. Гварнері, забрали свої секрети в
могилу.
Хороші скрипки унікальні.
Те саме можна було б сказати про багато
інших музичних інструментів. Виходить
парадокс: з одного боку — висока музична культура
сучасного суспільства, з другого — кустарні
методи виготовлення музичних інструментів,
робота всліпу, праця, кращими зразками якої
є витвори мало не середньовічних майстрів!
Цей парадокс зацікавив радіоінженерів.
Вони зробили спробу порівняти можливості
звичайних механічних джерел звуку, в тому
числі й музичних інструментів, з
можливостями електричних генераторів. І порівняння
було не на користь перших. Електричні
генератори можуть давати набагато чистіший
і стійкіший звук, ніж музичні інструменти.
З допомогою електронних ламп або
транзи111

сторів і коливальних контурів можна
одержати які завгодно співзвуччя. Керувати висотою
і гучністю звуку тут значно простіше, ніж
у звичайних інструментах.
Прообраз електромузичного інструмента —
громіздкий апарат під назвою телехрон —
появився ще в кінці минулого століття. В цьому
інструменті музичні тони створювались
машинними генераторами. Ці генератори такі ж
самі, як і на звичайних електростанціях, але
менш потужні і виробляють струми різних
звукових частот, наприклад 1000 коливань за
секунду, 2500, 4800 та ін. Для кожної ноти
був свій комплект генераторів. Усі
генератори, що давали якусь одну ноту, мали спільну
вісь і вмикались одночасно. Один з них
«виробляв» основний тон, другий — гармоніку,
скажімо, удвоє більшої висоти, третій — ще
вищу і т. д.
Гучністю звучання керували з допомогою
безлічі електромагнітних реле та реостатів.
І хоч телехрон був дуже недосконалий,
музикантів дивувала легкість гри на цьому
інструменті, чистота його тону.
Звичайно, складний і надто громіздкий
телехрон не набув поширення. Та коли
з’явились електронні лампи і лампові генератори,
стало можливим створювати електромузичні
інструменти, які не поступаються перед зви-
чаиними не тільки красою звучання і
легкістю керування, а й конструктивними
якостями.
Електронний музичний інструмент
винайшов інженер-фізик Лев Сергійович Термен
у 1920 р. Цей інструмент не мав ні струн, ні
клавішів. Він являв собою ящик з металічним
штирем на кришці, в якому були лампові
генератори, і штир був приєднаний до
коливального контура одного з них. До ящика
йшли проводи від гучномовця.
Коли до штиря наближали якийсь предмет
або руку, змінювалась його електрична
ємність і повна ємність коливального контура.
При цьому трохи змінювалась частота
генерованих коливань: наприклад, була 100 кГц,
а стала 99 кГц 900 Гц, 99 кГц 700 Гц або
99 	кГц. У іншого лампового генератора
частота не змінювалась, вона дорівнювала 100 кГц.
Коливання генераторів складалися, в
результаті чого виникали биття, потім
випрямлялись. Виходило те саме, що при перетворенні
частоти в супергетеродинному
радіоприймачі — коливання різницевої частоти: 100—99,9=
=0,1 кГц=100 Гц; 100-99,7 = 300 Гц, 100-99=
= 1 кГц=1000 Гц. Ці коливання звукові, і коли
їх підсилити й підвести до гучномовця, то
буде чути звук. Наближаючи й віддаляючи
руку, можна було плавно змінювати тон
звуку, а коли рука трохи вібрувала, звук
набував приємного тембру.
Музикант виконував мелодію, рухаючи
рукою в повітрі, подібно до диригента,
викликаючи звуки з невидимих струн.
У травні 1922 р. Л. С. Термен демонстрував
свій електричний музичний інструмент —
112

«Терменвокс» В. І. Леніну. Володимир Ілліч
з інтересом ознайомився з терменвоксом і
навіть сам на ньому зіграв. В наступні роки
кілька моделей терменвоксів були показані
широкій публіці в сотнях концертів.
Зарубіжним фірмам продавались на новий
музичний інструмент патентні ліцензії. Винахідник-
музикант з великим успіхом гастролював
у Німеччині, Франції, СІЛА.
Нині електронні музичні інструменти
застосовуються повсюдно. Конструкції їх
простіші, можливості ширші, ніж у старих
інструментів, а перспективи дальшого розвитку
неосяжні. Візьмімо, наприклад, такий
інструмент, як орган. У нього звук одного й того
самого тону, але різної інтенсивності
створюється різними трубами. Окрема труба не
може звучати то гучно, то тихо. Гучність же
генератора легко змінюється у великих
межах. Тому кожний генератор може замінити
значну кількість труб. Змінюючи настройку
його коливального контура, легко можна мати
звуки різної висоти.
Ось чому електронний орган набуває нині
дедалі більшого поширення. В одному з
таких інструментів близько 90 генераторів
забезпечують як основні, так і гармонійні тони
більшості музичних нот.
Крім електронного органа, створено багато
інших музичних інструментів — контрабас,
кларнет тощо. Деякі з них уже
використовуються в оркестрах.
Існують електромузичні інструменти, які
можуть наслідувати голос своїх побратимів.
З допомогою такого інструмента неважко
відтворити тембр скрипки, віолончелі, рояля. Тут
удається регулювати звучання кожної
окремої гаромоніки, що в простих інструментах
зробити неможливо. Електроніка дає змогу
синтезувати звук, складати його із складових
частин — гармонік, добирати тембр, який
відповідав би задумам автора музичного твору.
ЕЛЕКТРОНІКА -
БАЗА КІБЕРНЕТИКИ
Автомати за роботою
Уявіть собі великий завод, який випускає
щодня близько п’яти тисяч блоків для
автомобільних двигунів. Скільки чоловік на ньому
працює?
Виявляється, не більше десятка. На заводі
встановлено автоматичну потокову лінію
довжиною більш як півкілометра. До складу цієї
лінії входить 40 з лишком автоматичних
верстатів. Керування верстатами, передача
оброблюваної деталі з верстата на верстат,
перевірка та пакування готового виробу — все це
виконується автоматично, бв8 втручання
людини.
Автомати за роботою! Чудово, правда? Саме
про це давно мріяли люди. Ще в далекій
давнині людина розуміла слабість своєї
мускульної сили і намагалася чимсь її вамінити. Наші
предки прагнули скористатися з енергії води
та вітру: будували водяні колеса, вітряки.
З часом люди навчились використовувати
енергію пари й електрики. Ручну працю
почали заміняти машинною. На земляних роботах
лопату замінив екскаватор, ковалі одержали
паровий молот, шахтарі — вугільний комбайн.
Таку заміну людської праці роботою машин
називають механізацією. Але й при цьому
людина продовжує брати безпосередню участь
у виробничому процесі: керує роботою машин,
весь час наглядає за виконанням різних
операцій. Механізація ще не звільняє людину від
багатьох важких обов’язків; чим складніший
механізм, тим більш кваліфікованим має бути
робітник. Адже один невірний рух — і деталь
піде у брак.
Ще вищий ступінь на шляху технічного
прогресу — автоматизація виробництва. Тут
уже більшу частину функцій робітника
виконує автоматично діюча машина. Верстати-ав-
томати без участі людини виконують складні
процеси, забезпечують зміну заготовок, певну
послідовність операцій, підтримують потрібну
температуру або, скажімо, електричний струм,
в разі несправності самі зупиняються і
подають аварійний сигнал. Людина тільки
налагоджує автоматичні верстати і час від часу
перевіряє.
Автоматизація полегшує працю людини,
в багато разів підвищує продуктивність,
поліпшує якість продукції та знижує її
собівартість.
Але промисловість вимагає нових, ще
досконаліших способів виробництва. Скажімо,
в одному 8 цехів заводу випускають якийсь
складний виріб, його треба послідовно
обробити на кількох верстатах. Що ж виходить?
Кожний верстат працює автоматично, а зв’язок
між верстатами — передавання виробу з
верстата на верстат — іноді здійснює знову ж
таки людина.
А чи не можна повністю автоматизувати
весь виробничий процес, включаючи
допоміжні операції? Можна. Таку повну
автоматиза113
8 220

цію всіх ланок виробництва називають
комплексною.
Широкі перспективи автоматизації
виробничих процесів, створення автоматичних
цехів, заводів та виробничих комплексів
немислимі без використання електронної
апаратури. На базі радіоелектроніки створено
багато пристроїв автоматики, не тільки
виробничих, а й таких, як системи керування
ракетами, атомними реакторами та іншими
складними комплексами.
Керування виробничими процесами або їх
контроль на відстані називається
телемеханізацією. Визначна особливість телемеханічних
пристроїв полягає в тому, що їх дія великою
мірою автоматизована.
Візьмемо автоматичний телефон. Ви самі
набираєте номер, але далі відбувається
автоматичне ввімкнення саме тієї лінії, яка
відповідає набраному номерові. Автоматичний
телефон — приклад телемеханічного пристрою.
Як бачимо, автоматика і телемеханіка тісно
зв’язані.
У Радянському Союзі автоматизована й
телемеханізована значна частина
електростанцій, нафтопереробних заводів, доменних та
мартенівських печей. Є необслуговувані
електростанції. Вони повністю автоматизовані.
Керування роботою гідрогенераторів
здійснюється з одного пульта, розташованого іноді на
великій відстані від них. Автоматичні
пристрої стежать за режимом роботи ГЕС,
вмикають і вимикають різні агрегати. В разі
якоїсь неполадки вони негайно дають знати
на центральний пункт, а самі тим часом
замінюють несправний агрегат запасним.
Інженери, які обслуговують ГЕС, чергують,
не виходячи з дому. У них на квартирах
установлено невеликі щитки із дзвінком та
сигнальною лампочкою, так що черговий інженер
завжди знає, чи все в порядку. Час від часу
він підходить до звичайного телефонного
апарата, набирав номер і одержує докладний
рапорт про роботу станції. «Доповідає» про
це теж автомат, який працює за принципом
мовного годинника. В ньому в спеціальний
пристрій, що відтворює запис, зроблений на
магнітній стрічці. Є ряд записів, які
характеризують основні показники роботи ГЕС.
Залежно від обстановки автомат вмикає той чи
інший запис, і черговий інженер довідується
про все, що його цікавить. Численними
автоматичними приладами обладнані Волзька
гідроелектростанція імені В. І. Леніна, Каховська
та ін.
Автоматика застосовується і на інших
гідротехнічних спорудах — шлюзах та насосних
станціях. Автомати вмикають і вимикають
апаратуру станцій, стежать за температурою
підшипників. Загальне керівництво всіма
насосними станціями здійснюється
телемеханічно з одного диспетчерського пункту.
Телемеханіка дуже поширена і на
транспорті. Так, на одній з дільниць
Московсько-Рязанської залізниці тяговими підстанціями
керують безпосередньо з Москви, з одного
диспетчерського пункту. Все їх устаткування
автоматизоване. Коли порушується робота
якогось агрегату, диспетчер одержує
відповідний сигнал. На спеціальному табло,
установленому в диспетчерській, можна бачити, в якому
стані устаткування кожної станції. Диспетчер
може перевірити напругу й навантаження на
кожній з підстанцій, а в разі потреби може
зробити всі необхідні перемикання для
безперебійного постачання контактній мережі
електроенергії.
На залізничному транспорті застосовується
і ряд інших автоматичних і телемеханічних
пристроїв. Ось як працює автостоп, що
зупиняє поїзд, коли машиніст чомусь не бачить
червоного світла на світлофорі. Перед
світлофором установлюють так званий колійний
індуктор. По суті, це маленький
радіопередавач, який починає працювати, коли на
світлофорі засвічується червоне світло. На
локомотиві теж є індуктор, який відіграє роль
радіоприймача. Локомотивний індуктор
проходить на невеликій відстані від колійного.
В результаті їх взаємодії спрацьовує
спеціальний автоматичний пристрій, і на
локомотиві лунає протяжний свисток. Якщо машиніст
у цьому випадку не натисне на гальмо, то
через кілька секунд гальмова система
ввімкнеться автоматично і поїзд зупиниться.
Такий автостоп дуже ефективний і надійний
в роботі. Не дивно, що його почали широко
застосовувати на залізницях. Автоматична
сигналізація гарантує повну безпеку руху
поїздів, допомагає запобігати аваріям.
Важливу роль відіграє і телемеханізований
диспетчерський контроль. Перед диспетчером
знаходиться табло з зображенням схеми
залізничної дільниці. Різноколірні лампочки на
схемі дають змогу бачити сигнали світлофорів
на перегонах і станціях, стежити за
пересуванням поїздів.
У народному господарстві дедалі більшу
роль відіграють різні електричні автомати.
Вони контролюють хід виробничих процесів
114

на текстильних, паперових та взуттєвих
фабриках, допомагають видобувати вугілля,
плавити чавун і сталь.
У виробничій автоматиці широко
застосовується фоторезистор. Цей мініатюрний
напівпровідниковий прилад має дивну
властивість: на світлі він проводить електричний
струм добре, а в темряві майже зовсім не
проводить. Цю властивість фоторезистора
використовують у багатьох автоматичних
пристроях. Одні з них автоматично вимикають
верстат, коли робітник необережно підставить
руку під інструмент, інші лічать деталі, що
сходять з конвейєра.
Фотоелектронні пристрої застосовують в
потужних прокатних станах — слябінгах, які
перетворюють розжарений метал у тонкі стальні
листи. Коли товщина стальної стрічки буде
більша чи менша, ніж це потрібно, автомат
зразу ж змінить відстань між валками стана
і дефект буде усунутий.
Ми вже звикли до того, що на станціях
метро зникли контролери. Тепер навіть
здається неймовірним, що був час, коли щодня
два мільйони пасажирів московського метро
купували в касах паперові квитки, і дівчата,
стоячи на контролі, тільки тим і займалися,
що, знемагаючи від монотонної, безглуздої
роботи, відривали від цих квитків «корінці».
Тепер колишні контролери зайняті іншою,
напевно більш цікавою справою, а їх
обов’язки взяли на себе невтомні й надійні
електронні автомати. Працює контролер-авто-
мат дуже просто. Світловий промінь падає на
фоторезистор, а струм кола фоторезистора,
у свою чергу, керує механізмом дверцят, що
закривають прохід. У вихідному положенні
дверцята завжди відкриті. Але досить тільки
пасажирові увійти в прохід і перервати
світловий промінь, як зникне струм у колі
фотоелемента і дверцята зразу ж зачиняться.
Однак, якщо перед цим заплатити автоматові
п’ятачка, то фотоелемент буде усунутий від
керування дверцятами і пасажир зможе
вільно вийти до поїзда. Виходячи з автомата,
пасажир на мить перерве другий світловий
промінь, і другий (вихідний) фоторезистор
знову приведе в дію коло першого
фоторезистора, повідомить його, що заборона, накладена
п’ятачком, уже закінчилась. Система буде
готова до перевірки чергового пасажира.
Температурний режим доменних і
мартенівських печей раніш підтримувався на око. Це
нерідко спричиняло брак і втрату металу.
Тепер створено спеціальні електронні
прилади, які не тільки регулюють температуру
повітря, яке вдувається в піч, а й наносять
на папір своєрідні «лінії плавки». З них
можна робити висновки про те, як працювала
піч, чи в правильній пропорції подавали руду
і кокс, чи не було відхилень від норми в
тепловому режимі плавки. Електронні прилади
дають змогу підтримувати температуру в печі
з точністю до кількох тисячних і навіть деся-
титисячних часток градуса, автоматично
вимірюють проміжки часу до стомільйонних
часток секунди, виявляють зміщення у
стомільйонну частку сантиметра.
Та, мабуть, не в цьому головне. Електроніка
стала основою сучасної автоматики. Вона дав
змогу подолати один великий мінус
комплексної автоматизації. Річ у тому, що
автоматизація, хоч як це парадоксально, в деяких
випадках може дати протилежний ефект —
не прискорити виробництво, а навпаки,
загальмувати його. Громіздкі й дорогі
автоматичні верстати та лінії часто розраховані на
виготовлення тільки одного виробу, їх не
можна швидко переключати на випуск інших.
Потрібна бував докорінна перебудова або
перенастройка автоматів. А це не так просто.
Адже автомати складні, і переробка їх
коштує дуже дорого, забирає багато часу.
Недостатня гнучкість, невміння
пристосовуватися до нових умов — ось що заважало
широкому впровадженню автоматів у промислове
виробництво. У багатьох галузях
промисловості (наприклад, у приладобудуванні,
авіабудуванні і т. д.) кожний рік чи два випускають
нову модель. Може, тут взагалі неможлива
комплексна автоматизація? Може,
впровадження автоматики обмежене якимсь
рубежем, який неможливо переступити? Ні, ніякого
рубежу не існує, не існує завдяки електроніці.
Електронні системи програмного керування
виробничим процесом універсальні,
дозволяють швидко переналагоджувати автоматичні
лінії з одного виробу на інший. І це вже
тепер. А в майбутньому... А втім про
перспективи електронної автоматики розмова
попереду.
«Ожилі» роботи
Слово робот знайоме кожному. Півстоліття
тому з’явилася п’єса Карела Чапека «РУР».
У цій п’єсі письменник показав, як
людиноподібні автомати — роботи повстають проти
своїх творців — людей. У червні 1923 р., після
прем’єри цієї п’єси в Лондонському театрі
115
8*

св. Мартіна, відбувся диспут, на якому Бер-
нард Шоу дав роботові таке визначення:
«...істота, позбавлена оригінальності й
ініціативи, яка повинна робити те, що їй
накажуть».
З легкої руки Карела Чапека роботами
називають автомати й моделі, яким надано
зовнішню схожість з людиною. Але історія
роботів сягав углиб віків. Роботи фігурували
навіть у старогрецькій міфології. Кульгавий
бог Гефест викував мідного велетня на ім’я
Талос, який сторожив острів Кріт, відганяючи
ворожі кораблі кам’яними брилами. Відома
й цілком реальна «залізна людина»,
виготовлена в XIII ст. Вона робила те, що відчиняла
двері і кланялася тим, хто входив.
У XVIII ст. досягло високого рівня
виробництво годинників. З’явились роботи, які
приводилися в рух пружинним механізмом і
відтворювали досить складні дії. Так,
французький механік Жан де Вокансон змайстрував
«флейтиста» — фігуру на зріст з людину. З
допомогою системи механізмів та повітродувного
міха «флейтист» грав на найсправжнісінькому
музичному інструменті 11 різних мелодій.
Фрідріх Кнаусс виготовив автомат-самописець
у вигляді алегоричної фігури людини, що
сидить на кулі. Цей автомат нині реставровано
й виставлено у Віденському технічному музеї.
Особливо великої популярності набули
роботи швейцарських годинникарів батька і сина
Дро. їх автомати були названі андроїдами.
Андроїди «писар», «рисувальник» і
«музикантка» демонструвалися в 1774 р. на виставці
в Парижі. Механізми андроїдів розташовували
всередині фігур. «Писар» тримав у правій руці
гусяче перо, вмочав у чорнило й виводив на
папері цілі фрази. «Рисувальник» малював
олівцем фігурки, «розглядав» їх, здмухував
з аркуша порошинки. «Музикантка» грала на
фісгармонії.
У 1927 р. на виставці в Берліні
демонструвався телевокс — робот, споруджений
американцем Венслі. Цим роботом керували з
допомогою свистків різного тону. Свисток одного
тону вмикав пилосос, і телевокс починав
чистити кімнату, свисток другого тону
примушував робота розмовляти і т. д. У телевоксі
був звукозаписувальний апарат. Коли дзвонив
телефон, робот знімав трубку й відповідав:
«Я вас слухаю. Скажіть, що треба. Я все
передам господареві». Пізніше, після переробки,
телевокс чергував біля водопровідних баків
одного з нью-йоркських хмарочосів,
підтримував рівень води, вмикаючи й вимикаючи
насоси.
У 1928 р. англієць Річардсон виготовив
робот «Ерік», який міг відповідати на деякі
запитання. У 1932 р. співвітчизник Річардсо-
на Гаррі Мей збудував двотонну «Альфу».
Цей робот підкорявся командам, які
подавалися голосом. Він ходив, сідав, підводився,
рухав руками, розмовляв і співав, стріляв
з пістолета.
Кілька аналогічних роботів зробив австрієць
Штейер. Його роботи теж ходили, моргали
очима, курили, розмовляли по телефону,
роздавали рекламні проспекти.
На Всесвітній виставці в Парижі в 1937 р.
експонувався «професор Аркадіус». Цей
надзвичайно складний робот мав у запасі близько
180 слів. За плату він складав «психологічні
характеристики» і вручав їх відвідувачам.
Треба зауважити, що всі ці пристрої лише
імітують зовнішню схожість 8 людиною та її
окремими діями. Вони виконують певну більш
або менш складну програму —і все. Нехай
у процесі роботи різко змінилися зовнішні
умови: спалахнула пожежа, почалася повідь
або землетрус — робот, як і раніш,
займатиметься своєю справою, поки не вийде з ладу.
Телекеровані роботи ще безпорадніші: кожна
їх дія вимагає попередньої команди. Від
керованої по радіо моделі літака або автомобіля
робот відрізняється лише схематичною
схожістю з людиною.
Можна неймовірно ускладнити будову
робота, розширити програму його дії — секрет не
в цьому. Є значно ефективніший спосіб
«оживити» робота; «жива вода» носить назву
зворотного зв’язку.
Уявіть собі студентську аудиторію. Біля
дошки — робот. Він відтворює лекцію,
прочитану досвідченим викладачем. Рівно звучить
116

записаний на магнітну плівку голос;
механічна рука чітко виписує формули. Здавалося б,
усе якнайкраще: текст лекції апробований
професорами, нічого зайвого, нічого не
пропущено. Штампуй таких роботів у належній
кількості й розсилай по вузах! Тільки не
штампують і не розсилають. Не тому, що
робот надто складний. Причина — у відсутності
зворотного зв’язку з аудиторією.
Ось студент забарився, загубив нитку.
Досвідчений лектор одразу це помітить, якщо
треба,— повторить, розтлумачить. Від лектора
до аудиторії — прямий зв’язок, від аудиторії
до лектора — зворотний. Така взаємодія
взагалі характерна для живих істот. Мозок —
керівний пристрій. М’язи — виконавчий
механізм. По нервах — лініях зв’язку —
передаються команди від мозку до м’язів (прямий
зв’язок) і сигнали відповіді від м’язів до мозку
(зворотний зв’язок).
Ми недарма застосували технічну
термінологію. Зворотний зв’язок — зовсім не
монополія живих організмів. Згадайте ламповий
генератор. Це приклад пристрою із зворотним
зв’язком: коливання в контурі генератора
підтримуються тому, що частина енергії з
виходу лампи повертається назад на її вхід.
Або інший приклад — автопілот. Завдання
цього приладу — керувати літаком у польоті
так, щоб він не втратив стійкості й не зійшов
з курсу. Тут прямий зв’язок — від автопілота
до органів керування. Зворотний — від
контролюючих приладів до автопілота.
Припустімо, літак втратив висоту. Автопілот враховує
сигнал висотоміра і діє на керування. В
результаті цієї дії літак починає іти вгору. От
він забрався надто високо. Прилад одразу ж
довідується про це і вносить поправку,
відхиляючи руль висоти у зворотний бік.
Порівнюючи поведінку автопілота з дією
звичайних роботів, легко помітити різку
різницю. Система із зворотним зв’язком реагує
не тільки на зовнішні «команди», а враховує
також свій власний стан і результат раніш
виконаних операцій. Автопілот зовні нічим не
нагадує людину, але в певних умовах
поводиться як людина — керує літаком.
Багато пасажирів гігантських лайнерів ИЛ
і ТУ, напевно, не знають, що авіаційній
електроніці довірено таку відповідальну операцію,
як заходження на посадку.
Якби ви заглянули в пілотську кабіну під
час чергового інспекторського польоту
(перевірка екіпажу в Аерофлоті проводиться часто
й регулярно), то побачили б, що, коли літак
заходить на посадку, інспектор опускає штору
на вікні пілота. Робиться це для того, щоб
перевірити, як льотчик підведе літак до
посадочної прямої всліпу, орієнтуючись тільки
за вказівкою приладів. Що ж це за прилади?
Заходячи на посадку, коли немає видимості
і навіть в ясну погоду, пілот орієнтується на
показання індикаторів радіотехнічної
посадочної системи. Уявіть собі, що вам треба
в темряві пройти дуже довгим і порівняно
вузьким коридором. Ви, очевидно, розставите
руки і, злегка торкаючись стін, будете
рухатися так, щоб весь час триматись осьової лінії
коридора. Дещо подібне відбувається і при
заходженні на посадку з допомогою
радіотехнічної системи. Тут «коридор» утворюють
чотири гострих радіопромені наземних
радіостанцій. Ці промені йдуть уздовж умовної
осьової лінії — тієї самої прямої, по якій має
знижуватися літак, щоб не промахнутися
й потрапити на початок посадочної смуги.
Літак рухається всередині цього невидимого
коридора, і бортові приймачі наче обмацують
стінки, що його утворюють,— радіопромені.
При надмірному відхиленні від осьової лінії
приймачі негайно зафіксують зміну
співвідношення сигналів. Так сигнали радіопроменя,
від якого «відсунеться» літак, будуть
ослаблятися.
Радіоелектронні прилади, що є на більшості
літаків, дають змогу з високою точністю всліпу
знижувати їх до висоти порядку 100 м. Цією
цифрою в основному і визначається той
ного дний мінімум, при якому аеропорт ще
залишається відкритим. Уже починають
застосовувати більш досконалі радіотехнічні
системи, які дозволяють знизити літак до 10—12 м.
Є всі підстави вважати, що в майбутньому
електронна апаратура дасть змогу
автоматично, тобто навіть без участі пілота, повністю
виконувати весь складний комплекс операцій
посадки й доводити літак до стикання з
посадочною смугою. І саме з розвитком та
удосконаленням радіоприладів зв’язують нині
надії на «всепогодну авіацію».
Отже, від робота, який копіює зовнішній
образ людини і сліпо відтворює окремі її
функції, ми прийшли до робота, наділеного
подобою мозку і нервової системи, пам’яттю,
зачатками майже мислення. Теорія таких
пристроїв тісно вв’язана з новою галуззю науки,
що дістала назву кібернетики (від грецького
«кібернетес» — «керманич»).
Кібернетика — молода наука. Вона виникла
в 40-х роках цього століття. Термін «кіберне-
117

тика» в його сучасному значенні запровадив
у вживання математик Норберт Вінер (1894—
1964). Поява кібернетики була підготовлена
всім розвитком науки і техніки, працями
багатьох видатних учених.
Кібернетика ставить перед собою дуже
широкі завдання, і її рамки, принципи та методи
ще остаточно не встановились. За
визначенням Акселя Івановича Берга (нар. 1893 р.),
кібернетику треба розуміти як науку про
оптимальне цілеспрямоване керування
складними динамічними системами.
В науково-фантастичних романах можна
часто зустріти кібернетичних роботів, які
виконують надзвичайно складні осмислені дії.
Прообразом таких «ожилих» роботів можуть
бути діючі моделі живих істот. Наприклад,
англійський вчений Грей Уолтер, керівник
дослідної лабораторії неврологічного
інституту в Брістолі, створив так звану кібернетичну
черепаху. Зовні вона схожа на забавну
іграшку, всередині черепахи є мініатюрний
моторчик і акумулятор для живлення моторчика.
Акумулятор вмикають у мережу постійного
струму. Після того як він зарядиться,
кібернетична черепаха починає повзати по кімнаті,
обминати перешкоди, «гратися» з іншою такою
самою черепахою. Та от запас енергії
вичерпується. Тоді черепаха йде на те саме місце,
де був заряджений акумулятор, самостійно
виконує процедуру зарядки і знову вирушає
«мандрувати». Очима черепахи є фотоелемент,
вухами — мікрофон, роль м’язів відіграє елек-
тромоторчик і, нарешті, її мозком і нервами
є електричні кола, які містять підсилювачі,
автоматичні перемикачі — реле та інші вузли.
Кібернетична «іграшка» реагує на світло
і свист, має свого роду умовні рефлекси.
Безпосередньо біля контактів електричної
мережі, де черепаха «підзаряджалася», світилася
лампочка. Коли акумулятор черепахи
вичерпувався, вона йшла на зарядку, орієнтуючись
на джерело світла. Уолтер завів звичай
голосно свистіти саме в цей момент. Спочатку свист
ніяк не впливав на рух моделі. Але після
безперервного «дресирування» почали помічати,
що черепаха, коли вона потребує живлення,
повертається на свист. Невдовзі Уолтер
перестав засвічувати лампочку, яка правила за
маяк, але тепер «звірок» прекрасно
орієнтувався по слуху. Тоді дослідник вдався до
обману. Він почав свистіти осторонь місця
зарядки. Черепаха йшла на свист, але
живлення не одержувала. Щоразу її реакція
слабшала, вона з усе меншою охотою
підкорялася свистові і зрештою перестала зважати
на нього. Довелося знову засвічувати лампу.
Але ж саме таким способом виробляються
і стираються умовні рефлекси у тварин. Отже,
кібернетична черепаха й насправді має деякі
властивості, притаманні живому організмові.
Аналогічну черепаху побудували Р. Васильєв
та А. Петровський в Інституті автоматики і
телемеханіки АН СРСР і Ю. В. Крементуло в
Інституті електротехніки АН УРСР. Ці
черепахи живляться просто від мережі 8
допомогою довгого шнура. Вони теж рухаються на
джерело світла і, зустрічаючи перешкоду,
обминають її. Якщо кожного разу, коли
черепаха натрапляє на перешкоду, свистіти, то теж
виробиться умовний рефлекс. Почувши свист,
вона звертатиме убік, навіть коли шлях
вільний. Коли ж поєднання поштовху об
перешкоду і свисту не повторяти, черепаха перестане
звертати увагу на свист.
Здатності кібернетичної черепахи неважко
пояснити. Наприклад, чому вона обминає
перешкоду? Черепаха має механічний орган
дотику — буфер у вигляді кільця, яке оперізує
її. Торкаючися перешкоди, буфер вмикає реле
часу. Це найпростіша комірка. В реле часу
є електромагніт, паралельно до його обмотки
ввімкнуто конденсатор великої ємності.
Черепаха торкнулася стінки — буфер на мить
приєднує до обмотки джерело постійного струму.
Якби не було конденсатора, реле працювало б
тільки одну мить. Але конденсатор встиг
зарядитись і тепер розряджається через обмотку.
Розряд триває дві-три секунди. Весь цей час
реле залишається ввімкнутим.
Реле часу, в свою чергу, приводить у дію
кілька інших реле, які керують рухами
черепахи. І от ми бачимо, як вона, ткнувшись об
перешкоду, подається назад, потім відходить
убік і знову йде вперед. Такими дрібними
«кроками», наче обнюхуючи предмет, який
заважає їй, вона обминає перешкоду, поки не
вибереться на простір.
118

Інше питання: чому черепаха йде на світло?
Рух її підкоряється автоматичному
пристрою з фотоелементом: він повертає
коліщатка рушійного механізму так, щоб освітленість
фотоелемента була найбільшою, і світло наче
притягає «звірка». У черепасі Уолтера
фотоелемент вмикали тільки тоді, коли акумулятор
починав вичерпуватися. Коли спадав струм,
в електричному колі спрацьовувало
спеціальне реле, черепаха рулювала до лампочки, яка
висіла над контактами мережі, і прямо
наштовхувалась на них.
Поки акумулятор заряджався, фотоелемент
тримав черепаху біля контактів. Коли
закінчувалось заряджання, струм в колі
змінювався, реле вимикало фотоелемент — і черепаха
знову опинялась на волі.
Нарешті, останнє, мабуть, найскладніше
питання. Як створюються умовні рефлекси у
кібернетичної черепахи, чому вона піддається
дресируванню?
Ось, наприклад, черепаха Васильєва і Пет-
ровського. В її схемі є ще одна комірка —
пам’яті. Вона складається з двох металевих
пластинок, які стикаються між собою. У місці
стикання утворюється електричний контакт.
Однак пластина склепана з різних металів, які
неоднаково розширюються при нагріванні.
Коли через контакт пропустити електричний
струм, то в результаті нагрівання складна
біметалева пластинка вигнеться і коло струму
буде розірване. Струм не зможе текти доти,
поки пластинки не охолонуть і контакт не
замкнеться.
Коли збігається удар об перешкоду і свист,
комірка пам’яті на 2—3 с вмикається до
джерела струму. Зробити це неважко. Досить
взяти замкнуте коло з двома вимикачами, один
з яких вмикається безпосередньо буфером,
а другий — реле, зв’язаним з мікрофоном.
Струм у колі тектиме тільки тоді, коли
замкнути обидва вимикачі, а це якраз і буває
при збігу поштовху із свистом. Коли такий
збіг повторюється досить часто, то біметалева
пластинка нагрівається і розмикає коло. При
цьому спрацьовує ще одне реле, і мікрофон
вмикається в реле часу. Тепер свист буде так
само впливати на поведінку черепахи, як
і зіткнення з перешкодою.
Проте зіткнення — «безумовний» подразник,
він діє завжди. А свист — подразник
«умовний». Він швидко забувається. Справді, якщо
не підтверджувати свист ударом, рефлекс
невдовзі зітреться, бо біметалева пластинка,
охолонувши, відімкне мікрофон від реле часу.
Таким чином, осмислена поведінка
кібернетичної черепахи пояснюється взаємовпливом
елементів її конструкції, який можна
проаналізувати так само, як, скажімо, роботу
радіоприймача або телевізора.
Черепаха — кібернетичний робот. Вона
побудована дуже просто, але це вже не
безпорадна купа металу, якій надали зовнішньої
схожості з людиною. Кібернетичний робот
здатний до самостійних дій, може немовби
приймати рішення.
«Інтелект» кібернетичного робота можна
значно поглибити й посилити, якщо
найпростіші комбінації реле і комірок пам’яті
замінити електронним мозком. Такі пристрої вже
існують. Правда, вони позбавлені зовнішньої
СХОЖОСТІ 8 людиною і тому, строго кажучи, ми
не вправі називати їх роботами. Та й саме
слово робот, яке означає, за Бернардом Шоу,
істот>, позбавлену оригінальності та
ініціативи, мабуть, уже не зовсім підходить до
сучасних кібернетичних пристроїв. До
ознайомлення з цими подиву гідйими пристроями ми
й переходимо.
Машини вчаться «думати»
Бпоха «думаючих» автоматів почалася від
створення електронних комп’ютерів. З ними
ми познайомимося в першу чергу.
Латинське слово «компуте» означає
«розраховувати». Ідеться, отже, про електронні
пристрої для обчислень. Задачі, які вони роз-

в’язували, поступово дуже ускладнились,
відповідно стали дуже складними і комп’ютери.
Тому їх часто називають електронними
обчислювальними машинами, скорочено — ЕОМ.
Електронні комп’ютери складаються з двох
великих груп: моделюючих (аналогових)
пристроїв і швидкодіючих цифрових (дискретних)
машин.
В електронних моделюючих пристроях з
транзисторів, конденсаторів та інших деталей
створюються ті або інші електричні кола.
У них зміна струмів та напруг з плином часу
відбувається за певним законом і
виражається тими самими математичними рівняннями,
що й досліджуване явище. Отже, електричні
процеси, які відбуваються в колах
моделюючого пристрою, є своєрідними моделями
виучуваного явища. Тому такі пристрої і
називаються моделюючими.
Припустімо, нам треба знати, як
поводитиметься новий літак при великих
перевантаженнях, ну, наприклад, під час пікірування.
Для цього не слід зразу ж починати льотні
випробування, які можуть закінчитись
катастрофою. Краще почати з розв’язання
математичних рівнянь, що описують поведінку
літака при підвищенні навантаження.
Практично роблять так. Вибирають належну
електричну «модель», складають відповідне
складне коло, змінюють напруги або струми в одних
його точках і дивляться, як змінюються
струми в інших точках. Часто рішення одержують
у вигляді світної кривої на екрані електрон-
нопроменевої трубки.
Недолік моделюючих пристроїв — порівняно
низька точність: помилка при розв’язанні
досягає 5—10%.
Більш універсальні швидкодіючі цифрові
машини, які відзначаються високою точністю.
В таких комп’ютерах розв’язання
математичної задачі поділяють на окремі арифметичні
операції (додавання, віднімання, множення та
ділення). Самий процес обчислення
відбувається автоматично.
Швидкодіюча машина в принципі може
розв’язати яку завгодно задачу, аби тільки ця
задача мала числовий розв’язок. Величезна
більшість найскладніших математичних
рівнянь має розв’язок і може бути зведена до
певної послідовності арифметичних дій.
Чотирьох дій арифметики досить для того, щоб
розв’язувати найскладніші інтегральні та
диференціальні рівняння. Швидкодіюча машина
складається із взаємозв’язаних пристроїв:
арифметичного, запам’ятовуючого, керуючого,
пристрою введення даних у машину і
пристрою виведення даних з машини.
Арифметичний пристрій виконує арифметичні дії над
числами. За секунду він робить безліч
операцій. Подивимось, як це здійснюється.
Ми звикли до десяткової системи числення.
Числа в цій системі зображаються з
допомогою десяти цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Значення кожної цифри залежить від її
положення в ряду цифр, які зображають число. Так,
у числі 555 перша ліворуч п’ятірка показує
кількість сотень, друга — десятків, третя —
одиниць. Число 555, як і кожне інше, можна
виразити у вигляді суми 5X100+5X10+5, або,
що те саме, 5ХІ02+5Х 10і+5X10°. Зверніть
увагу на число 10, яке входить до кожного
з доданків. Це число — основа десяткової
системи числення.
Але за основу можна взяти і будь-яке інше
число, наприклад 2; вийде двійкова система
числення, в якій використовуються лише дві
цифри: 0 і 1. У такій системі будь-яке число
записується у вигляді суми степенів числа 2,
помножених або на 0, або на 1. Наприклад,
число 21 може бути записано як ІХ24+0Х23+
+ІХ22+0Х21+ІХ2°. У двійковій системі
число 21 можна записати так: 10101.
Напрошується питання: для чого потрібна
така двійкова система числення, коли вона
явно менш зручна, ніж десяткова: адже число
у двійковій системі виражається значно
більшою кількістю цифр? А річ у тому, що вона
«припала до смаку» електронним машинам.
Візьміть звичайний вимикач. У нього два
положення: увімкнуто — вимкнуто. Одне з
положень може означати 0, друге — 1.
Транзистор теж має два різних стани: коли на нього
подано напругу однієї полярності, він
замкнутий — не пропускає струму, а коли іншої,
зворотної полярності,— відкритий.
Значить, будь-яке число, записане за
двійковою системою, можна зобразити рядом
транзисторів, частина з яких замкнута,
частина відкрита. Наприклад, число 21 — 10101 може
бути подано у вигляді такої комбінації:
відкритий транзистор — замкнутий — відкритий —
замкнутий — відкритий. Подаючи на
транзистори негативні й позитивні напруги, можна
записувати числа, виконувати над ними
арифметичні операції.
За останні роки професор В. П. Сігорський
із співробітниками розробив електронні кола,
які відзначаються «багатостійкістю». Такий
пристрій може мати не два, а кілька стійких
станів, наприклад десять. Не виключена
мож120

ливість, що застосування багатостійких
пристроїв у швидкодіючих електронних машинах
дасть змогу перенести їх на більш зручну
десяткову систему числення.
Арифметичний пристрій електронної
машини містить величезну кількість транзисторів,
з’єднаних попарно. Кожна пара утворює так
званий тригер. Особливість тригера в тому,
що, коли один з його транзисторів відкритий,
другий неодмінно замкнутий, і навпаки.
Подаючи на той чи інший транзистор напругу
певної полярності, можна по черзі відмикати
й замикати їх, переводити тригер з одного
стану в інший. Якщо один стан (наприклад,
коли перший транзистор відкритий, а другий
замкнутий) означає 0, а другий (коли
замкнутий перший транзистор, а відкритий
другий) — 1, то для зображення будь-якого числа
у двійковій системі числення досить стільки
тригерів, скільки розрядів у числі. Так, для
числа 101 потрібні три тригери, для числа
1101 — чотири і т. д.
Різні дії над записаними цифрами в машині
зводяться до взаємодії тригерів, до
автоматичного порівняння їх стану. Припустімо,
треба відняти одне число від другого,
наприклад від 1011 100. Керуючий пристрій
автоматично порівнює тригери, які зображають
перше число, з тригерами другого числа.
Результат порівняння — різниця чисел, що
дорівнює в нашому випадку 111, записується
з допомогою нової групи тригерів.
Тригери діють так швидко, що людина
неспроможна стежити за ходом розв’язання,
в потрібний момент вводити в машину числа,
записувати результат операцій. Усе це робить
за неї спеціальний запам’ятовуючий пристрій,
який буває різних видів.
Наприклад, можлива магнітна «пам’ять».
Вона грунтується на тих самих явищах, які
лежать в основі магнітофона:
використовується залишкова намагніченість магнітного
матеріалу. У запам’ятовуючому пристрої
електронної машини на магнітній стрічці або
спеціальному барабані записуються двійкові
числа у вигляді комбінацій позитивних і
негативних імпульсів.
Магнітна пам’ять швидкодіючої
обчислювальної машини може зберігати безліч чисел,
по кілька десятків розрядів у кожному.
Запам’ятовуючий пристрій дає змогу вибрати
з цієї безлічі потрібне число, а також
записати результат обчислень. «Пам’ять»
електронної машини розбита на ряд комірок. Усі
пронумеровані, і, щоб вибрати якесь число, треба
тільки задати номер комірки, в якій воно
зберігається.
Для виконання арифметичної дії треба
вказати номери комірок, звідки мають бути взяті
числа, дію, яку треба виконати, номер
комірки, в яку треба «здати на схов» результат.
Таке завдання називається командою.
Наприклад, команда +815233 747 може означати
таке: взяти числа з комірок № 815 і № 233,
додати, результат записати в комірку № 747.
Звичайно, цифри команди даються теж у
двійковій системі.
Розв’язання задачі розчленовується на
послідовне виконання ряду команд, які
утворюють так звану програму обчислень. Вихідні
дані і програма обчислень заздалегідь
наносяться на перфоровану стрічку (перфорації —
отвори, які пробиваються в стрічці). Різні
комбінації отворів означають те чи інше
число.
Перфорована стрічка надходить у пристрій
введення даних. Вона перемотується з однієї
котушки на другу і при цьому рухається між
лампочкою підсвічування і фотоелементом.
Фотоелемент освітлюється тільки в ті
моменти, коли на шляху світлових променів є
черговий отвір. Решту часу шлях до світла
закритий. Тому струм у колі фотоелемента тече
у вигляді окремих короткочасних імпульсів.
Виходить своєрідна електрична «копія»
перфорованої стрічки. Кожному отворові відповідає
свій імпульс, комбінації імпульсів означають
числа, які утворюють програму обчислень.
Імпульси направляються в запам’ятовуючий
пристрій — на магнітний барабан — і
«записуються» в його комірках.
Як відбувається процес обчислень?
Припустімо, перша команда вказує, що треба
порівняти два числа, які «зберігаються» в певних
комірках. Магнітний барабан
запам’ятовуючого пристрою весь час обертається, роблячи
кілька сотень обертів на хвилину. Протягом
першого ж оберта числа з потрійних комірок
121

автоматично «списуються» і переносяться на
тригери. Далі порівнюється стан тригерів
і з’ясовується, чи рівні числа, чи ні і яке
з них більше. Якщо числа дорівнюють одне
одному, обчислення закінчується і його
результат заноситься в зазначену комірку. Якщо
не дорівнюють, машина переходить до
виконання наступної команди.
Результати проміжних обчислень і
остаточне розв’язання задачі зберігаються в
запам’ятовуючому пристрої. Звідти розв’язання
рівняння направляється у пристрій виведення
даних. Залежно від поєднання імпульсів
спеціальний електронний пристрій засвічує одну
з десяти неонових ламп. Світло від лампи
через оптичну лінзу спрямовується на
кіноплівку, яка рухається. Кожна неонова лампа
має свою лінзу, на лінзі написана та чи інша
цифра (0, 1, 2, 3 і т. д.). Цифри проектуються
на фотоплівку, залишаючи на ній невидимий
відбиток. Знята таким чином плівка
проявляється. На ній записані результати обчислень.
Приблизно такі принципи роботи
швидкодіючих обчислювальних машин. Подивимось,
який вигляд мають ці машини і що вони
вміють робити.
Ось характерний приклад. Одна з перших
обчислювальних машин, аж ніяк не
найскладніша, містила 8000 електронних ламп,
споживала 650 кВт електроенергії. Містилася вона
в будинку площею 600 м2, загальна довжина
проводів становила 113 км. На охолодження
машини витрачалося 830 м3 повітря за
хвилину. Ось який це був колосальний пристрій 1
Зате за 20 секунд він виконував
восьмигодинну роботу 100 обчислювачів. Швидкодіюча
електронна лічильна машина (ШЕЛМ)
Академії наук СРСР за секунду виконує 7—8 тисяч
арифметичних дій.
Запам’ятовуючий пристрій ШЕЛМ містить
понад 120 тис. чисел і команд. Вибирання
потрібного числа і запис результату займають
лише 12 мільйонних часток секунди, тобто
робляться з швидкістю, недоступною для
людини. Додавання чисел ШЕЛМ виконує за
З мільйонні частки секунди, а множення —
за 192 мільйонні частки секунди. Щоб
розв’язати складну систему диференціальних
рівнянь, які описують рух керованої ракети,
обчислювач повинен затратити близько двох
років безперервної праці. Машина виконує
ці обчислення за дві години. Два роки і дві
години! Який разючий контраст між
«неповороткістю» людського мозку і блискавичною
швидкістю електронної машини!
ШЕЛМ протягом кількох днів обчислила
всі орбіти, по яких рухається близько 700
астероїдів Сонячної системи. При цьому
враховувався вплив, який справляють на їх рух
Юпітер і Сатурн. В іншому випадку
надзвичайно складний розрахунок з 800 рівняннями
машина виконала менш як за 20 год. По ходу
справи вона вробила близько 250 млн.
арифметичних дій.
Велика універсальна електронна машина
типу «Стрела» провадить обчислення з
швидкістю 2 тис. операцій на секунду. Вона може
«запам’ятовувати» понад 200 тис. чисел.
Універсальна електронна машина «Урал»
призначена для інженерних розрахунків.
Перші моделі цієї машини працювали на лампах.
Пізніш «Урал» перевели на транзистори.
Машина стала компактнішою і надійнішою. її
випускають серійно і широко застосовують
у народному господарстві.
З роботою, яку за нормами «Союзмашоблі-
ку» протягом трьох місяців виконували понад
дві тисячі кваліфікованих економістів,
машина «Урал» може впоратися за 40 год.
У нашій країні вперше у світі було
успішно проведено експерименти по використанню
комп’ютерів для розпізнавання нафтоносних
пластів за даними геофізичної розвідки.
Головна особливість програми, за якою
працює комп’ютер, який впізнає нафту,— те,
що в нього заздалегідь не закладають якихось
ознак нафти Машина сама навчається. У
процесі навчання в машину лише вводять дані
геофізичних вимірів (електропровідність,
радіоактивність, густина та ін.) уже перевірених
нафтоносних і водоносних пластів і кожного
разу повідомляють машину: «це нафта» або
«це вода».
Після кількох десятків таких навчальних
тестів машині пред’являють дані пласта, про
який ще невідомо — нафта в ньому чи вода
(головна складність у тому й полягає, щоб
відрізнити нафтоносний пласт від
водоносного) . Користуючись нагромадженим досвідом,
машина ставить діагноз, причому, як правило,
допускає помилок у кілька разів менше, ніж
досвідчений геофізик. Це тому, що, маючи
велику оперативну пам’ять, здатність
оперувати одночасно величезним числом даних
і будувати довжелезні логічні ланцюжки,
машина вловлює такі характерні для нафти
поєднання даних геофізичної розвідки, які
випадають в уваги людини.
Цікавий такий випадок. Геофізик, старанно
досліджуючи дані розвідки одного з
нафтонос122

них районів, знайшов важливі для цього
району ознаки нафти — їй відповідали
взаємозв’язані зміни електропровідності й
радіоактивності. Цікаве дослідження стало основою
для кандидатської дисертації вченого, яку він
з успіхом захистив. Цю ж закономірність
машина вловила буквально протягом кількох
годин навчання.
Комп’ютери «спеціалізувались» і в
металургії. На Магнітогорському металургійному
комбінаті вони обчислюють оптимальний розкрій
прокату, забезпечуючи реальний економічний
ефект понад 800 тис. карбованців за рік. Ці
машини окупають себе за якихось два місяці!
Машина обробляє метеозведення і складає
прогнози. Щоб завбачити погоду на добу
вперед, треба зважити дані багатьох сотень
метеорологічних станцій. Електронна машина
виконує потрібні розрахунки за кілька годин.
А обчислювачам довелося б працювати тижнів
зо два, і прогноз погоди «на завтра»
виходив би з двотижневим запізненням.
Обчислювальні центри, обладнані
комплексами швидкодіючих електронних машин,
опрацьовують інформацію, яка передається з
штучних супутників Землі та космічних кораблів.
Наша країна має і велику кількість
обчислювальних центрів загального призначення.
Бони створені в Москві, Ленінграді, Києві,
Новосибірську та в інших містах.
Швидкодіючі обчислювальні машини
використовують в ядерній фізиці для розв’язання
складних математичних задач, у геології —
для розрахунку покладів корисних копалин,
у хімії — для аналізу органічних сполук з
молекулами, які налічують тисячі атомів.
На металургійних заводах діють
автоматизовані системи керування виробництвом з
використанням електронних обчислювальних
машин.
Уперше автоматичне керування виробничим
процесом на великій відстані здійснив у
нашій країні Інститут кібернетики АН УРСР.
Виплавкою сталі в металургійному цеху на
Дніпродзержинському заводі керувала з Києва
універсальна машина широкого призначення
(УМШП). Вона була з’єднана із
сталеплавильною піччю Дніпродзержинського заводу
лінією зв’язку, по якій надходили сигнали
(дані) датчиків. За сотні кілометрів УМШП
точно визначила момент плавки, сталь була
зварена відмінно.
Нині впровадження АСУ В — автоматичних
систем управління виробництвом на основі
електронної обчислювальної техніки стало
магістральним напрямом широко здійснюваної
в нашій країні комплексної автоматизації.
Цей напрям дасть змогу колосально
підвищити продуктивність праці і якість виробів
у промисловості.
Ось яке величезне значення мають
електронні обчислювальні й керуючі машини для
науки, техніки та всього народного
господарства. Швидкодіюча електронна автоматика
знаходить іноді зовсім несподіване
застосування. Машини можуть, наприклад,
перекладати текст з однієї мови на іншу.
Кожна мова побудована за певною
системою, підкоряється граматичним правилам.
Принципово можливо розробити такий
словник і такі методи перекладу, щоб зміст слів
та їх взаємозв’язок у тексті мали єдине
тлумачення. Звідси можна перейти і до
автоматичного перекладу з допомогою електронної
машини, наприклад, з англійської або якоїсь
іншої мови на українську.
У запам’ятовуючий пристрій електронної
машини вміщують словник, що складається
з кількох тисяч слів. Кожне слово
«зашифроване» у вигляді якогось числа, скажімо 124,
350, 3743 і т. п. У цьому шифрі розібратися
неважко — треба тільки знати числові
призначення всіх букв алфавіту.
Припустімо, латинська буква у
позначається числом 12, е — 43, 5 — 50 і к — 37. Тоді
число 124 350 розшифровується як англійське
слово уев («так»), число 3743 означає Ііе
(«він»).
Як же здійснюється автоматичний переклад?
Оператор, іноді навіть незнайомий 8
англійською або якоюсь іншою іноземною мовою,
вистукує текст, який перекладається, на
спеціальний апарат, що нагадує друкарську
машинку. При цьому на паперовій стрічці,
вставленій в апарат, пробиваються отвори, які
означають ті чи інші числа, залежно від
шифру. Потім стрічку вводять у машину. Машина
з колосальною швидкістю автоматично
порівнює кожне число — слово тексту з усіма
числами — словами словника. Наприклад, машина
ШЕЛМ кожне таке порівняння здійснює за
одну десятитисячну частку секунди. Словник
у кілька тисяч слів машина «проглядає» за
частки секунди.
Порівняння слів тексту і словника
зводиться до віднімання чисел. Число, яке означає
слово, що перекладається, по черзі
віднімається від усіх чисел словника. Якщо результат
віднімання дорівнює нулю, то значення слова
знайдено.
123

Але ж іноді одне й те саме слово має кілька
значень. Як бути в такому разі? Щоб
установити точний зміст слова, що має кілька
значень, машина аналізує навколишні слова,
роблячи величезну кількість перевірок,
спробних словосполучень. В її словнику, крім
окремих слів, є ще цілі граматичні схеми. Тому
переклад виходить досить грамотний. От,
наприклад, фраза, перекладена машиною з
англійського тексту: «Елементарні курси
диференціальних рівнянь дають довгий перелік
майстерних прийомів, з допомогою яких
дослідник, як передбачається, може
розв’язувати диференціальні рівняння».
Звичайно, мова електронної машини поки
що бідна, запас слів у неї порівняно
невеликий. Художні твори вона перекладати не
може. Зате нескладний технічний текст
автоматичний перекладач перекладає швидше за
людину, яка досконало володіє мовою.
Цікавий також автоматичний бібліограф — машина
для систематизації та обліку наукової
літератури. Уявіть собі невеликий зал,
заставлений металевими шафами незвичної форми.
Такий вигляд матиме автоматична бібліотека.
Ви записуєте на бланк питання, яке вас
цікавить, і опускаєте цей бланк у приймальний
пристрій машини. Через хвилину на екрані
спеціального телевізора з’являться сітки
рядків, які містять потрібні вам відомості.
Машина прочитала ваше запитання,
покопалась у своїй багатющій пам’яті і склала
відповідь. Інформаційно-довідкові машини
зберігатимуть невичерпні запаси наукових
відомостей. Вони набагато полегшать працю
вчених, значно підвищать її продуктивність,
створять передумови для нових видатних
відкриттів.
Можна вказати на ряд інших важливих
застосувань ЕОМ.
Наприклад, радянські залізничники
створили систему автоматичного керування
поїздами. У такій системі рухом поїзда керує не
машиніст, а електронна машина. її
запам’ятовуючий пристрій містить інформацію про
профіль колії, довжину дільниць, графік руху.
Необхідні відомості про фактичну швидкість
поїзда, пройдений шлях та інше машина
дістає від спеціальних датчиків, розташованих
в буксі коліс. «Автоматичний машиніст»
враховує все: і навантаження тягових двигунів,
і вагу состава, і обмеження швидкості. Він
розв’язує на ходу складне диференціальне
рівняння руху, виконуючи протягом секунди
дві тисячі математичних операцій. І
результат виходить відмінний: точно додержується
графік, заощаджується енергія, поліпшується
безпека руху.
Електронні машини можуть замінити
людину не тільки в кабіні електровоза. Вони
можуть керувати найскладнішими комплексами
верстатів, технологічними процесами, що
складаються з якого завгодно числа послідовних
операцій.
Електронній автоматиці, безперечно,
належить майбутнє. «Думаючі машини»
перетворять образ нашої промисловості. Роль людини
зведеться лише до складання програми, яка
регламентувала б дії автомата. А надалі й цю
роботу можна буде в якійсь мірі передати
машині. Керуюча машина сама складатиме
так звану евристичну програму, вноситиме
в неї 8міни, які підвищуватимуть якість
виробничого процесу.
Евристичні програми вчать машину шукати
найкоротших шляхів до відкриття,
розв’язувати завдання, для яких наперед не можна
точно вказати шляхи розв’язання. Одним
з таких завдань і є розпізнавання
нафтоносних та водоносних пластів. До речі, програма,
по якій велося це розпізнавання, успішно
використовувалась і для розв’язання ряду
завдань медичної діагностики, в тому числі
й в онкології.
Не дуже давно у пресі повідомлялося про
своєрідне змагання евристичних програм —
про шаховий матч США — СРСР, в якому
грали обчислювальні машини. Шахові програми
(їх часто називають пробним каменем для
евристичного програмування) будувати
важко, оскільки машина повинна знайти найсиль-
ніший хід, не перебираючи всіх можливих
варіантів партії (для суцільного перебирання
варіантів навіть при аналізі на кілька ходів
вперед просто не стало б ні часу, ні пам’яті
машини). Матч показав серйозні успіхи
радянської школи програмування — з чотирьох
партій три були доведені нашою програмою
до явно виграшних положень.
124

Поки що фізіологи не можуть детально
розповісти інженерам про структуру та програми
головного мозку, інженери самі намагаються
відшукати принципи цих програм. Цим і
займається евристичне програмування. У ряді
напрямів евристики вже зроблено досить
глибокі прориви. Від того, наскільки успішно
вона розвиватиметься, у величезній мірі
залежить інтелектуальний рівень обчислювальних
машин, ступінь складності задач, які вони
зможуть розв’язувати. І коли дослідження
в цій галузі здійснюватимуться так само
енергійно, як і тепер, то цілком імовірно, що
збудуться (звичайно, не в деталях, а в
принципі) мрії письменників-фантастів про
електронних роботів: останні зможуть
розв’язувати задачі, які поки що є монополією людини.
Досконалі програми для ЕОМ — це в
основному турбота математиків. Спеціалісти в
галузі електроніки працюють над створенням
широкого асортименту електронних машин —
від найпростіших автоматів для розв’язання
вузьких задач до величезних універсальних
комп’ютерів.
Радянська велика обчислювальна машина
БЗСМ-6 лічить із швидкістю мільйон
операцій за секунду. її основний запам’ятовуючий
пристрій може вберігати понад ЗО тис. п’ятде-
сятирозрядних слів. Машина може одночасно
розв’язувати кілька найскладніших задач.
Років 10—15 тому такі машини здавались нам
далеким майбутнім. А що ж можна сказати
нині про майбутнє обчислювальних машин?
Комп’ютери наших онуків
Майже всі галузі науки і техніки потребують
електронних обчислювальних машин. Джон-
Десмонд Бернал (нар. 1901 р.), оцінюючи
успіхи техніки в XX ст., вважав, що комп’ютер —
найважливіше, найістотніше з усіх досягнень
людства. І з ним цілком можна погодитися.
Із створенням електронної обчислювальної
техніки ми вступили в нову еру — еру
автоматизації розумової праці. Якщо колишні
енергетичні машини полегшували фізичну
працю, то електронні обчислювальні машини
полегшують і до певної міри заміняють працю
розумову.
Тепер усе зростає роль прогнозування
науково-технічного прогресу, як близького,
так і більш далекого — на десятиріччя, а може,
і на сторіччя. У зв’язку з цим природно
поставити питання: як і якими напрямами
розвиватимуться в майбутньому — і
близькому, і більш далекому — електронні
обчислювальні машини?
Зважаючи на швидкі темпи
науково-технічного прогресу, можна думати, що вже наступне
покоління людей матиме справу з
комп’ютерами, мало схожими на машини
сьогоднішнього дня. Прогрес у цьому відношенні буде
воістину разючим. Насамперед значно
збільшиться обсяг пам’яті, як довгочасної, так
і оперативної. Відповідні підрахунки,
основані на використанні законів сучасної фізики,
показують, що в принципі можливо в
запам’ятовуючих пристроях зберігати все те
інформаційне багатство, яке нагромадило людство
ва час свого існування. Потенціальні
можливості цього напряму дуже великі.
Наступний важливий напрям, по якому
ведуться дослідні й конструкторські роботи,—
зменшення габаритних розмірів і ваги машин.
З цієї точки зору комп’ютери поділяють на
кілька поколінь.
Перше покоління — це машини, які
будувалися на електронних лампах. Вони, як ми вже
говорили, були громіздкі, важкі й
неекономічні. Вони могли робити від ста до тисячі
обчислювальних операцій за секунду і мали
пам’ять обсягом бливько тисячі міжнародних
стандартних слів.
Машини другого покоління, створені й
впроваджені в 50-х роках,— на
напівпровідникових приладах. Швидкодія і пам’ять їх зросли
приблизно в десять разів. У той же час
приблизно в десять разів зменшилися розміри,
вага, споживання електроенергії, надійність.
Третє покоління, створене в 60—70-і роки,
побудоване на основі інтегральних мікровуз-
лів. Кожний з них заміняє 50—100 і більше
окремих деталей — транзисторів, діодів,
резисторів, конденсаторів. Швидкість роботи цих
машин — від 10 тис. до 1 млн. операцій за
125

секунду, обсяг пам’яті — до 100 тис. слів. До
цього покоління належать радянські
комп’ютери «Минск-32», Б9СМ-6.
Нині закінчуються розробки четвертого
покоління електронних обчислювальних машин.
Основа їх конструкції — мініатюрні вузли
з ще більшим числом компонентів. Швидкодія
їх — десятки й сотні мільйонів операцій за
секунду і пам’ять —до мільйона слів...
Властивості машин удосконалюються і в
інших напрямах. Великого значення в галузі
автоматики, кібернетики й теорії інформації
набула проблема розпізнавання образів.
Людина дуже просто відрізняє один образ від
іншого. Машини поки що в потрібній мірі
цього робити не вміють. Але в недалекому
майбутньому проблема розпізнавання образів
машинами буде, очевидно, розв'язана.
Нарешті, слід відзначити таку важливу
проблему, як спілкування людини з машиною.
Тепер ми вводимо в машину певну програму
перфострічками або перфокартами. Та було б
значно ефективніше вводити програму
безпосередньо з голосу або іншими способами,
прийнятими при спілкуванні людини з
людиною.
Є намітки принципово нових шляхів
розвитку комп’ютерів, у тому числі таких, що
самовдосконалюються. Більшість наших
машин працює за твердо заданою програмою,
яку ми вкладаємо в них для розв’язання тих
чи інших задач, наприклад задач, зв’язаних
з освоєнням космосу, з розрахуванням
траєкторій космічних кораблів і т. д. Але
комп’ютери майбутнього до певної міри самі собі
вироблятимуть програму. Ці властивості
самовдосконалення, самополіпшення,
самоорганізації є в початковому вигляді і в сучасних
пристроях. Розвиток подібних властивостей,
очевидно, приведе до таких великих і
незвичайних якісних стрибків, що з сучасної точки
зору вони здалися б фантастичними. Про
далекі горизонти електронного мислення ми
з вами помріємо в кінці книги.
ПРАВА РУКА ВЧЕНИХ,
ІНЖЕНЕРІВ, ЛІКАРІВ
Ядерна «артилерія»
Рано чи пізно запаси деревини, вугілля,
нафти, торфу будуть вичерпані. Як бути тоді?
Таке питання, природно, ставили перед
собою вчені. Вони зайнялися копіткими
підрахунками. Приблизно підрахували, які запаси
горючих матеріалів має в своєму
розпорядженні людство і скільки їх витрачається
щороку, скільки витрачатиметься через 50
і через 100 років. І результати підрахунків
невтішні: виявилося, що в 2050 р. потрібно
буде приблизно в 30 разів більше пального,
ніж у 1950 р.
Деякі геологи вважають, що світові запаси
вугілля становлять приблизно 1220 млрд. тонн,
а запаси нафти в переведенні на вугілля —
38 млрд. тонн. Додамо сюди горючі сланці,
дрова, природний газ. Усе разом це відповідає
1450 млрд. тонн вугілля. А за сторіччя з 1950
по 2050 р. потрібно буде стільки енергії,
скільки міститься її в 2700 млрд. тонн вугілля.
Ну, а якщо максимально використати
енергію рік?
Учені передбачили і цю можливість. Але,
виявляється, гідроенергетичні ресурси можуть
дати тільки десяту частину процента енергії,
яку треба виробити в 2050 році!
І знову постає питання: як же бути?
На щастя, людський геній відкрив нове,
воістину невичерпне джерело енергії. Це
джерело — атомне ядро.
Учені-енергетики вважають, що до 2050 р.
ядерна енергія замінить 1350 млрд. тонн
вугілля, тобто половину всього необхідного
палива. А це ж тільки початок. В
майбутньому енергію вилучатимуть із звичайної води,
точніше з ядер атомів водню. Таким чином,
запаси ядерного палива, очевидно, у повному
розумінні цього слова невичерпні.
Вивільнити атомну енергію можна двома
шляхами. Перший з них, уже освоєний
вченими,— розщеплення атомного ядра.
Проте розщепити атомне ядро надзвичайно
важко. Адже для цього треба подолати сили
внутріядерного притягання. Недивно, що
тільки у XX ст., використовуючи сучасні
досягнення техніки, учені навчились діяти на
атомні ядра, змінювати їх склад, виділяти
величезну кількість прихованої в них енергії. Для
цього потрібні були надзвичайно складні
дослідження, які неослабними темпами
прова126

дять і зараз. Атомне ядро бомбардують
спеціальними бронебійними снарядами —
нейтронами і протонами. Але ж для того, щоб такі
крихітні снаряди могли «розбомбити»
надміцне ядро, в якому спресована майже вся маса
атома, їм треба надати воістину космічної
швидкості. Як же це зробити?
Насамперед спинимось на природних
джерелах деяких ядерних снарядів. Відомо, що
космічні промені, які йдуть на Землю із
світового простору, являють собою потоки най-
дрібніших частинок з надзвичайно високою
енергією. Зустрічаючи на своєму шляху
атомні ядра, космічні снаряди розщеплюють їх
на осколки. Однак космічні промені доходять
до поверхні Землі надзвичайно ослабленими.
До того ж вони капризні, їх інтенсивність весь
час змінюється.
Відоме й інше джерело ядерних снарядів —
радій. Розпадаючись, він безперервно викидає
в навколишній простір ядра гелію, що мчать
із швидкістю до 20 тис. км/с. Ще в 1919 р.
англійський вчений Ернест Резерфорд (1871—
1937) використав ці снаряди для
бомбардування й розщеплення ядер азоту. Але радій
казково дорогий. Крім того, частинки, які він
випромінює, не мають достатньої енергії для
руйнування ядер багатьох хімічних елементів.
Покладатись на природу тут не доводиться.
Довелося створювати спеціальні ядерні
гармати, які викидають частинки в потрібний
момент і з досить великою швидкістю.
Що ж являє собою така ядерна гармата, яку
вчені назвали прискорювачем заряджених
частинок?’
Перш ніж ознайомитися з принципом
прискорювача, згадаймо, як працює електронна
лампа. В ній електрони, випромінювані
розжареним катодом, мчать до анода, який їх
притягує. При цьому вони набувають великої
швидкості, отже, і відповідної енергії.
Енергія електронів у радіолампі вимірюється
в умовних одиницях — електрон-вольтах (еВ).
Якщо, наприклад, напруга на аноді дорівнює
100 В, то кожний електрон набуває енергії
порядку 100 еВ. У трубці телевізора анодна
напруга обчислюється тисячами вольтів.
Відповідно зростає і енергія електронів. У
рентгенівських трубках, де напруга ще вища,
енергія прискорених частинок досягає сотень
тисяч електрон-вольтів. Але для розщеплення
атомного ядра потрібні мільйони електрон-
вольтів.
А чи не можна досягти цієї величини, весь
час підвищуючи напругу на електроді
прискорювача? Спочатку так і пробували
зробити. Та баї В якийсь момент проміжок між
електродами пробивався, проскакувала
потужна електрична іскра. Підвищувати напругу
можна було тільки до певної межі.
Тоді вчені пішли на хитрощі. Замість пари
електродів — катода й анода — вони взяли ряд
металевих циліндрів і розташували їх в одну
лінію на певних відстанях один від одного.
На ці циліндри подали змінну напругу. У
внутрішній простір ввели протони. Розміри
циліндрів, проміжки між ними й частоту
змінної напруги підібрали так, щоб у момент, коли
ядерний снаряд — протон — наближається до
чергового електрода, останній був би
заряджений негативно, а як тільки частинка
промине циліндр, заряд ставав би позитивним.
Коли ми згадаємо, що однойменно заряджені
тіла відштовхуються, а різнойменно
заряджені взаємно притягаються, то стане зрозумілою
прискорююча дія електрода: спочатку
негативно заряджений електрод притягає протон,
який несе позитивний заряд, а досить
частинці пролетіти — і притягнення змінюється
відштовхуванням — адже знак заряду на
електроді встиг змінитися.
Отже, кожний циліндр наче підштовхує
пролітаючу крізь нього частинку. Напруга на
електродах порівняно невелика, в усякому
разі тут до іскри справа не доходить.
Оскільки електродів багато і всі вони діють
узгоджено, частинка поступово набуває величезної
швидкості. Кожний знає, що навіть дитина
може розгойдати важку гойдалку, якщо
штовхатиме її у такт коливанням. Ось і тут
не дуже сильні поштовхи, що йдуть один
за одним, можуть надати ядерному
снарядові енергію в десятки мільйонів електрон-
вольтів.
Прискорювач, побудований за таким
принципом, називають лінійним (адже
прискорюючі електроди розташовані в ньому по прямій
лінії). Недолік лінійних прискорювачів —
надзвичайно великі розміри. Наприклад, лінійний
прискорювач, який надає протонам енергії
порядку 32 млн. еВ, має довжину близько
20 	м.
Намагаючись позбутися цього недоліка,
вчені створили новий вид прискорювачів —
циклотрон, в якому рух частинок відбувається по
спіралі. Тут лише два прискорюючих
електроди, але кожна частинка проходить їх
кілька сотень разів. Знаки зарядів на цих двох
електродах завжди протилежні: коли один
з них відштовхує частинку, другий притягує.
127

Яка ж сила примушує частинки в
циклотроні рухатися по спіралі? їх тримає на
прив’язі потужний електромагніт, подібно до
того, як Земля тримав Місяць своїм
притяганням. Якби швидкість частинок була
незмінною, рух відбувався б по коловій траєкторії.
Але, оскільки з кожним обертом швидкість
зростає, то відцентрова сила збільшується,
електромагнітові дедалі важче тримати
частинку, і вона поступово віддаляється від
центра обертання, рухаючися вже не по колу,
а по спіралі. Досягнувши заданої швидкості,
частинка, наче камінь з пращі, мчить назовні,
проходить крізь отвір, затягнутий тонкою
металевою фольгою, і уражає ціль.
Циклотрони, як і лінійні прискорювачі,
можуть надати протонам енергії в десятки
мільйонів електрон-вольтів.
Чим же обмежується руйнівна сила
циклотрона?
Учені встановили, що маса частинки, яка
рухається із швидкістю, близькою до
швидкості світла, зростає. Це явище порушує
узгодженість у роботі циклотрона. Змінна
напруга перестає підштовхувати частинки,
а навпаки, починає гальмувати їх. Дальше
зростання швидкості стає неможливим. Цю
серйозну перешкоду подолав у 1944 р.
радянський фізик В. І. Векслер. Він знайшов спосіб
компенсувати збільшення маси частинок, які
рухаються з близькосвітловою швидкістю.
Таке ж відкриття на рік пізніше зробив
американський фізик Є. М. Мак-Міллан.
Учені запропонували два шляхи: змінювати
поступово або частоту змінної напруги, або
силу електромагніту; звичайно, можна
водночас змінювати і те і те.
Невдовзі було створено новий прискорювач,
названий синхроциклотроном, або фазотроном.
У ньому сила електромагніту лишається
незмінною, а частота прискорюючої змінної
напруги змінюється залежно від швидкості,
якої досягає частинка.
Найбільший у світі синхроциклотрон
побудований в Радянському Союзі інститутом
ядерних проблем Академії наук СРСР. У цьому
прискорювачі протони досягають швидкості
240 тис. км/с і набувають енергії 680 млн. еВ.
Синхроциклотрон Академії наук — колосальна
споруда, яка займає кілька поверхів великої
будівлі. Керування всіма агрегатами
прискорювача здійснюється з одного пульта,
розташованого в іншому корпусі. Між
прискорювачем і пультом прокладено понад двісті
кілометрів проводів.
У тому ж корпусі, де розміщується пульт,
є електростанція, що живить постійним
струмом електромагніт синхроциклотрона.
Електромагніт важить 7 тис. тонн; діаметр його
полюсів — 6 м. Між полюсами розташована
вакуумна камера, всередині якої і
відбувається прискорення частинок. Два потужних
насоси відкачують з камери повітря до тиску
в одну мільярдну частку атмосфери.
До складу синхроциклотрона входить
генератор, потужності якого позаздрить не одна
радіомовна станція.
Синхроциклотрон відгороджений захисною
стіною з бетону, яка затримує радіоактивні
випромінювання. У цій стіні зроблено вузькі
амбразури, крізь які прискорені частинки
тонким пучком вириваються назовні, де діють на
різні прилади — лічильники, фотографічні
камери — або на хімічні елементи, ядра яких
треба розщепити.
Було поставлено такий дослід. Тонку
пластинку чистої міді бомбардували протонами,
а потім розчинили в азотній кислоті. Хімічний
аналіз, крім міді, виявив у розчині цинк,
хром, залізо, натрій, марганець І Ці елементи
виникли в результаті розщеплення атомних
ядер міді.
Синхроциклотрон дає змогу вченим
одержати ряд нових радіоактивних речовин (мічених
атомів), застосовуваних у металургії,
сільському господарстві, медицині і т. п. З його
допомогою був нагромаджений цінний
експериментальний матеріал, який збагатив
сучасну ядерну фізику. Проте й
синхроциклотрон — не вершина ядерної артилерії. Уже
створено так ввані синхрофазотрони, в яких
змінюється не тільки частота змінної напруги,
а й напруженість магнітного поля. Це дало
змогу одержати частинки з енергією,
обчислюваною мільярдами електрон-вольтів.
У США побудовано синхрофазотрон, який
надає протонам енергію понад 6 млрд. еВ.
У Радянському Союзі, у лабораторії фізики
високих енергій Об’єднаного інституту,
працює синхрофазотрон, який створює потік
протонів з енергією близько 10 млрд. еВ.
Електромагніт цього прискорювача важить 36 тис.
тонн. Шлях, який проходять протони в
радянському синхрофазотроні, становить мільйон
кілометрів, що у два з лишком рази більше
за відстань між Землею і Місяцем. Кожна
частинка у процесі прискорення робить 4,5 млн.
обертів, витрачаючи на це тільки 3,3 с.
У 1960 р. поблизу Серпухова було почато
спорудження найбільшого у світі
прискорю126

вача протонів до енергії 70 млрд. еВ. Проект
прискорювача був розроблений в Інституті
теоретичної та експериментальної фізики.
В будівництві брали участь багато наукових,
проектних і конструкторських організацій,
а також промислові підприємства.
Характерно, що «головним технологом» лінійного
прискорювача, який входить до складу
синхрофазотрона, а також радіотехнічних систем
кільцевого прискорювача, був Радіотехнічний
інститут Академії наук СРСР.
У ніч на 14 жовтня 1967 р. синхрофазотрон
став до ладу. Досягнута енергія становила
76 млрд. еВ. Це у два з половиною рази
перевищує енергію найбільших зарубіжних
прискорювачів.
Серпуховський синхрофазотрон недарма
називають богатирем фізики. Довжина його
кільцевої вакуумної камери — близько
півтора кілометра. Прискорення протонів триває
2,6 с. За цей час вони роблять близько 400 тис.
обертів. Перш ніж попасти в кільце, протони
розганяються лінійним прискорювачем на
100 	млн. еВ. Такий лінійний прискорювач
являє собою складну радіотехнічну споруду
з трьома гігантськими об’ємними
резонаторами. Рівного йому немає у світі.
Прискорення протонів у кільцевій камері
здійснюють 54 прискорювальні станції,
розташовані на однакових інтервалах одна від
одної між блоками потужного
електромагніту. Електромагніт містить спеціальні кола
корекції, потрібні для синхронізації роботи
високочастотних прискорювальних станцій.
Оскільки швидкість руху протона по кільцю
змінюється, треба відповідно змінювати й
частоту коливань у прискорювальних системах.
Регулювання частоти відбувається з точністю
до кількох десятитисячних процента. Це
стабільність сучасного радіомовного передавача.
Як бачимо, спорідненість між атомною
енергетикою, радіотехнікою і електронікою аж
ніяк не далека.
Академік В. І. Векслер писав, що дальші
упіхи науки, які стосуються природи ядерних
сил, тепер цілком залежать від рівня розвитку
техніки прискорювачів та ідей, вкладених
у конструкцію цієї найпотужнішої ядерної
артилерії, що в цій галузі, без сумніву,
найближчим часом з’являться нові засоби, які
дадуть змогу ще повніше й економічніше
розв’язати найцікавіші завдання сучасної фізики
і ще глибше проникнути в природу матерії.
Така роль електроніки в дальшому прогресі
ядерної фізики й атомної енергетики.
Радіоелектроніка і атомна енергія — найве-
личніші досягнення сучасної науки.
Найточніший метр
У далекій давнині за міри довжини правили
головним чином частини людського тіла.
Позитивна якість таких мір у тому, що вони
завжди під руками.
При будівництві єгипетських пірамід за
одиницю довжини застосовували лікоть —
відстань від кінчика середнього пальця до ліктя.
Таку ж міру довжини вживали у стародавній
Вавілонії. До XVI ст. лікоть правив за основну
одиницю довжини і в Росії. У XVI ст. його
замінили аршином, який був у півтора раза
довшим. Слово аршин прийшло зі Сходу
(«арш» — по-персидському «лікоть»).
В Англії досі застосовується одиниця
довжини — дюйм, який спочатку дорівнював
довжині суглоба великого пальця. Саме слово
дюйм по-голландському означав «великий
палець». Застосовується і ще одна одиниця
довжини — фут (так по-англійському
називається ступня). Він дорівнює середній
довжині людської ступні. Відстань вимірювали
кроками, подвійними кроками і т. д. У старо-
Фут
129
9 220

давньому Римі для цього застосовували
особливу одиницю — милю, що дорівнює тисячі
подвійних кроків («мілле» по-латині означає
«тисяча»).
Але всі подібні міри мали дуже великий
недолік. Адже в однієї людини рука довша,
у другої — коротша; в однієї крок ширший,
у другої — вужчий. Значить, кожний міряє
по-своєму. Звідси й пішло «міряти на свій
аршин». Не дивно, що довгий час у мірах
довжини панувало безладдя. Усе це заважало
розвиткові промисловості й торгівлі. Треба
було якось підтримувати однаковість мір.
Справа ускладнювалася тим, що наявні
системи мір і одиниць були незручні. Щоб
перейти від однієї одиниці до іншої, доводилося
робити іноді складні арифметичні
обчислення. Різні системи мір, як і різні мови, були не
схожі одна на одну. Російський аршин не
збігався з англійським ярдом, ярд — з
французьким туазом. Назрівала потреба у
створенні нової, значно досконалішої системи
мір, єдиної для всіх держав і основаної на
незмінних, легко відтворюваних одиницях.
Нова система одиниць народилась у Франції
під час Французької буржуазної революції
кінця XVIII ст. «Як можуть друзі рівності
терпіти строкатість і незручність мір, котрі
ще зберігають пам’ять про ганебне феодальне
рабство..., тоді як вони клялися знищити саме
найменування тиранії, яке б воно не було?» —
під цим девізом почала працювати спеціальна
комісія, до складу якої входили найвидатніші
французькі математики та астрономи: Борда,
Кондорсе, Лагранж, Лаплас, Монж. Комісія
запропонувала «вважати за основну одиницю
міри довжини одну десятимільйонну частку
чверті земного меридіана».
Протягом шести років французькі вчені
Жан Батіст Жозеф Деламбр (1749—1822) іП’єр
Франсуа Андре Мешен (1744—1804) виміряли
довжину Паризького меридіана між
Дюнкерком і Монжуй (поблизу Барселони). Так
народився метр (від грецького слова «метрон» —
«міра»).
У 1875 р. в Парижі було скликано
конференцію, на якій сімнадцять країн прийняли
нову метричну систему. У Парижі було
організоване Міжнародне бюро мір і ваг. Тепер
ним керує Міжнародний комітет, куди
входять учені різних держав, у тому числі й
Радянського Союзу. Нині метрична система
прийнята в більшості країн.
Однак створення метричної системи було
тільки початком. Адже для того, щоб міра не
втратила точності, її треба час від часу
перевіряти. Ясно, що не можна кожного разу
порівнювати міру довжини безпосередньо з
меридіаном — справа ця дуже складна і потребує
багато часу. Ось чому зразу ж, як тільки була
виміряна довжина меридіана, виготовили
спеціальну міру — прототип, або еталон метра.
Проте невдовзі після виготовлення еталона
виявилося, що при обчисленні довжини метра
трапилась помилка, і в чверті эемного
меридіана не 10 000 000 м, а 10 000 856. Усе ж
міжнародна метрична комісія вирішила не
змінювати еталон. Вирішили вважати еталон метра
безпосередньо одиницею довжини. Метр
перестав бути «природною» мірою, став таким же
умовним, як аршин, фунт, ярд, туаз. Правда,
у нього збереглась незаперечна перевага —
велика зручність у користуванні.
У 1889 р. Міжнародне бюро мір і ваг
виготовило для різних країн 34 еталони метра.
Еталони відрізняються один від одного не
більше як на 0,1 мкм. Таку точність удається
130

зберегти завдяки надзвичайно старанному
«догляду». Еталони зберігають у спеціальних
футлярах при постійній температурі.
Користуються ними дуже рідко, щоб вони не
спрацьовувались. Однак учені не залишили
привабливої думки зв’язати міру довжини з якимсь
незмінним зразком, взятим з природи. І ця
давня мрія здійснилася кілька років тому.
Вирішальну роль в її здійсненні відіграла
квантова радіоелектроніка.
На XI Генеральній конференції з мір і ваг
у жовтні 1960 р. в Парижі відзначалося, що
дальше удосконалення платиново-іридієвих
еталонів неможливе і що межа їх точності
0,1 мкм не відповідає сучасним вимогам науки.
Було вирішено як природний еталон
використати довжину хвилі, індукованої квантовим
генератором, що забезпечує майже в сто разів
більшу точність. У рішенні XI Генеральної
конференції зазначається, що віднині метр
є довжина, яка дорівнює 1650763,73 довжини
хвилі у вакуумі, випромінюваної атомами
криптону при переході електронів з одного
певного енергетичного рівня на інший.
Тепер можна з достатнім правом твердити,
що метр — одиниця незмінна і в будь-який
час відновлювана.
Радіо і транспорт
Радянська держава — найбільша у світі. Вона
більше за всяку іншу країну потребує
першокласного, чітко й безперебійно працюючого
транспорту. З кожним роком зростає
протяжність наших залізниць, автомобільних
магістралей. На зміну паровозам прийшли потужні
й економічні електровози, тепловози й
газотурбовози. На пасажирських авіалініях
курсують реактивні пасажирські літаки-велетні.
Відбувається перебудова транспортних
засобів на сучасний лад.
У роботі залізничного транспорту велику
роль відіграє графік. «Вибилися з графіка»,
«зірвали графік» — це нерідко ще можна
почути на залізниці.
Скласти графік — справа нелегка. Треба
провести ряд складних обчислень, в яких
враховується безліч даних: характер колії,
вага состава, потужність тепловоза і т. д.
Проте, хоч які точні були б такі розрахунки,
всього не передбачиш.
Група радянських спеціалістів створила
дослідний зразок електронної машини,
покликаної полегшити працю машиніста й покінчити
з висловом «вибився з графіка». У
запам’ятовуючий пристрій цієї машини вкладають
програму, яка містить дані про швидкість, час,
шлях. «Автомашиніст» розв’язує
диференціальні рівняння, які описують рух поїзда,
вибирає для кожної дільниці шляху найбільш
вигідну швидкість, керує агрегатами
локомотива.
Ось як описувала газета «Труд» перший
рейс електропоїзда, веденого електронним
автоматом.
«...Рейс був незвичайним. Уперше в житті
машиніст, будучи в кабіні, виконував роль
спостерігача. Усім керував спеціальний
автоматичний пристрій. Він успішно справлявся
із своїм завданням: вчасно реагував на
сигнали автоблокування, в потрібних місцях
додержувався заданого обмеження швидкості. Не
доїжджаючи до станції... «автомашиніст» сам
вибрав точку гальмування, знизив швидкість
і плавно зупинився біля перону».
Настане час, коли робота наших машиністів
буде незрівнянно спокійнішою і легшою
завдяки їх кібернетичним помічникам, і ми
забудемо про спізнення поїздів. Сталевими
магістралями состав за составом помчать на
граничних швидкостях великовагові поїзди
й пасажирські експреси. Уявляєте собі,
наскільки зросте тоді пропускна здатність
залізниць, наскільки прискоряться перевезення?
Електронна машина зекономить нам силу-
силенну часу і коштів.
А чи може радіоелектроніка справитися
з більш анархічним транспортом, ну, скажімо,
з автомобільним? Рух на автомобільних
магістралях неможливо регламентувати якимсь
розкладом. Здавалося б, тут автоматиці
робити нічого. Але такий погляд помилковий. Тепер
уже неважко уявити собі автомагістраль
майбутнього.
...Наша машина біля в’їзду на магістраль.
Повз нас з великою швидкістю рухається
потік автомобілів. Машини здаються зв’язаними
невидимими нитками. Вони, наче в строю,
бездоганно додержують інтервалів, водночас
прискорюючи або уповільнюючи хід. Та от
рух на магістралі зупиняється. Наш водій
повертає ручку, натискає кілька кнопок. Тепер
машина перестає його цікавити.
Відкинувшись на спинку сидіння, він втупився в
газету й закурив. З цього моменту машина діє
«з власної ініціативи». Вона плавно рушає,
звертає на шосе і, зайнявши наче спеціально
для неї відведене місце в строю автомобілів,
разом з ними мчить автострадою.
131
9*

Ми на автоматичній магістралі. Машинами
тут керує радіотехніка.
Під полотном шосе прокладено металеві
стрічки — свого роду антени, які
випромінюють у простір електромагнітні сигнали. На
кожному автомобілі є спеціальний приймач,
який уловлює ці сигнали, і передавач, який
посилає на диспетчерський пункт сигнали про
всі зміни в русі машин. Командні сигнали
передаються з автоматичних диспетчерських
пунктів, розташованих уздовж магістралі на
певних відстанях один від одного. Кожний
автомобіль іде у своєму ряду, точно над
металевою стрічкою. Якщо він трохи
відхилиться від центральної лінії ряду, електронний
автомат зразу ж повертає рульове колесо
в потрібний бік.
Перед водієм серед звичайних
автомобільних приладів — невеликий телевізійний екран.
На ньому видно світну карту. Це план
дільниці магістралі, якою йде машина. Щоб
звернути па один з бічних шляхів, водієві
досить натиснути кнопку. Передавач,
установлений на автомобілі, посилає на
диспетчерський пункт умовний сигнал. Решту роблять
автомати. Машина, упевнено лавіруючи,
переходить у зовнішній ряд. Поворот... Тепер
водієві пора брати керування в свої руки.
Модель такої автостради вже побудована,
її випробування дали чудові результати.
І, 	мабуть, нам з вами вдасться повторити
нашу подорож, але вже не в уяві, а в умовах
реальної дійсності.
Електронні машини можуть керувати рухом
транспорту не тільки на магістралях, а й на
вулицях міста. Автомат вмикає той чи інший
сигнал світлофора залежно від того, скільки
автомобілів наближається до перехрестя з
кожного з чотирьох напрямів, яке число
машин скупчилося перед перехрестям і як довго
чекає зеленого сигналу автомобіль, що
прийшов до перехрестя першим. Так
радіоелектроніка змінює образ автомобільного
транспорту.
А тепер давайте піднімемося на борт літака.
Якби ми надумали перелічити прилади,
встановлені на ньому, то, мабуть, збилися б
з ліку.
По радіо можна керувати рухом літака
з землі. На такому літаку немає жодної
людини, «екіпаж» складається з різних
радіотехнічних і електронних пристроїв та з
механізмів, які чітко виконують команди, що
передаються з великої відстані.
На радіокерованому літаку встановлюють
приймач. На виході приймача —
електромеханічні пристрої, які приводять у дію рулі,
змінюють режим роботи двигуна.
З землі або з іншого літака передають по
радіо умовні сигнали. Залежно від характеру
сигналу спрацьовує той чи інший механізм,
і машина слухняно виконує волю людини,
що перебуває за сотні кілометрів від неї.
Радіо — це справжні очі й вуха авіації.
Всюди — на суші, в небі, на морі, разом
з тисячами поїздів, автомобілів, літаків і
кораблів мандрує радіо. Але воно не пасажир.
Радіо несе повсякденну й різноманітну службу.
Спіймані вібрації
Майже всякий рух супроводиться вібраціями.
Вібрують рухомі частини й основи верстатів,
крила літаків, обертові ротори
електродвигунів, парових турбін і гідрогенераторів, дрижать
мости, коли по них проходять поїзди,
колишуться на вітру гілки дерев.
Вібрації виникають під дією сил, напрям
яких чомусь змінюється. Такі навантаження,
що називаються знакозмінними, являють
собою грізну небезпеку для механізмів та
споруд. Відомі випадки, коли в результаті знако-
змінних навантажень руйнувались масивні
стальні вали, лопатки турбін, розсипались на
частини літаки.
Особливо небезпечні явища резонансу. Так,
не дуже сильна вібрація грунту, викликана
роботою бензинового движка, завдяки
резонансу переростає у справжній землетрус,
який може розхитати багатоповерховий
будинок.
Частота вібрацій лежить у широких
межах — практично від десятої частки до сотень
і навіть тисяч коливань на секунду.
Амплітуда вібрацій теж буває різна, причому вона
може то зростати, то зменшуватися. Ми
мо132

жемо відчути вібрацію, нарешті, побачити її,
коли вона досить велика. Але спостерігати
картину коливань, роздивитись, як саме вібрує
тіло, не так-то просто. Можна прикріпити до
поверхні вібруючого предмета пишуче перо.
Якщо тепер перемотувати з одного барабана
на інший паперову стрічку так, щоб перо
торкалося паперу, па стрічці сама собою буде
рисуватися картина вібрації. Однак амплітуда
коливань іноді буває така мала, що перо
залишить на стрічці пряму лінію. Крім того,
барабан із стрічкою не на кожній машині
припасуєш. У таких випадках незамінну
допомогу подає електроніка. Вона дає змогу
одержати точну фотографію досліджуваних
вібрацій, незалежно від їх частоти й
амплітуди.
Невидиму простим оком картину вібрацій
відтворить датчик — крихітний прилад, для
якого знайдеться місце в кожному механізмі.
Датчик перетворює механічні вібрації в
електричні коливання. А вже їх вовсім не важко
передати по проводах на яку завгодно
відстань, підсилити як завгодно і, нарешті,
побачити на екрані електроннопроменевої трубки.
Є багато різних датчиків. Як датчик можна
застосувати, наприклад, конденсатор. Під час
вібрації відстань між пластинами
конденсатора змінюється, змінюється і ємність.
Увімкнемо такий конденсатор у коливальний контур
генератора, і при вібраціях частота
генерованих коливань змінюватиметься
стрибкоподібно. Якщо настроїти на частоту цього
генератора приймач, то напруга на його виході
змінюватиметься відповідно до вібрацій.
Ще кращий датчик — п’єзоелектрична
пластинка. Згадайте звукознімач
електропрогравача. Грамофонна голка, ідучи по борозенці
пластмасової пластинки, весь час вібрує.
Вібрації голки передаються п’єзоелектричній
пластинці, яка перетворює їх у коливання
електричного струму. З допомогою п’єзопла-
стинки можна «спіймати» й будь-яку іншу
вібрацію. А далі шлях ясний: підсилювач,
осцилограф — і от перед нами зазублена
світна крива. Це і є спіймана вібрація. Глянувши
на екран осцилографа, конструктор одразу
бачить, чи небезпечні вібрації, на якій частоті
машина дає резонанс, що треба в ній
переробити.
Радіоелектронні датчики застосовуються
також для вимірювання тиску та прискорень.
Дуже часто треба буває виміряти тиск.
Метеоролог, не знаючи атмосферного тиску, не
складе прогнозу погоди. Лікареві, щоб
визначити хворобу, нерідко треба визначити тиск
крові у кровоносних судинах хворого.
Вимірюють тиск з допомогою манометрів.'
Але звичайні рідинні та механічні манометри
не завжди придатні. Рідинним манометром
вимірюють лише порівняно невеликий тиск.1
Крім того, на швидкі вміни тиску він не
встигає реагувати.
Механічний манометр теж не досить
досконалий. Його чутливість низька, тому ним не
можна виявити невеликих тисків.
Непридатний він і для визначення дуже великих тисків
або таких, що дуже швидко змінюються,
наприклад у циліндрі двигуна.
Усіх цих недоліків позбавлений
п’єзоелектричний манометр. Ним можна вимірювати
і мізерні, і гігантські тиски, реєструвати
зміни, що відбуваються за найкоротші хвилини.
Кварцова пластинка надзвичайно міцна,
вона витримує колосальні навантаження.
Величина електричного заряду на її електродах
строго залежить від тиску: чим він вищий,
тим більший і заряд. Завдяки високій пруж-1
ності кварцу пластинка під тиском
стискується незначно. Саме тому манометр миттю
відгукується на найменшу зміну тиску.
Нарешті, зовсім незначний заряд на електродах
пластинки може бути підсилений у потрібне
число разів. Завдяки цим перевагам п’єзома-
нометри застосовують у багатьох галузях
народного господарства. На залізничному
транспорті з їх допомогою досліджують тиск, який
справляє на рейки поїзд. У верстатобудуванні
визначають зусилля, що виникають при
роботі верстатів. П’єзоелектричні манометри
допомагають ученим вивчити процеси, які
відбуваються у стволах гармат в момент пострілу
або в циліндрах двигунів.
Між масою тіла, його прискоренням
(приростом швидкості за одну секунду) або
уповільненням (втратою швидкості за одну
секунду) і силою інерції існує пряма
залежність. Чим більша маса тіла і його
прискорення, тим більша ця сила. Цей закон механіки,
як відомо, формулюють так: сила дорівнює
добутку маси на прискорення.
З висоти прямовисно пікірує літак. Біля
самої землі льотчик бере штурвал на себе,
машина різко втрачає швидкість, переходить
у горизонтальний політ. У цей час деталі
літака й організм льотчика зазнають величезного
навантаження, викликаного інерцією.
Інерційне навантаження легко розрахувати, знаючи
прискорення. Щоб виключити можливість
загибелі людини і руйнування машини, треба
133

знати величину прискорення. її встановлюють
під час випробувальних польотів з допомогою
електронних акселерографів — приладів для
вимірювання прискорень.
П'єзоелектричний акселерограф — це та сама
кварцова аластинка, на поверхню якої з
допомогою пружинного пристрою тисне вага.
Маса цієї ваги наперед відома. Акселерограф
установлюють на літаку. Коли літак різко
знижується, на вагу акселерографа, як і на
все, що в в машині, тисне інерційна сила.
Тиск передається п’єзоелектричній
пластинці. Усе інше нам уже відомо. Чим більше
прискорення (або уповільнення), тим дужче
тисне вага на пластинку; з величини тиску
легко зробити висновок про прискорення.
Електронні манометри й акселерографи
здобули добру славу в машинобудуванні й на
транспорті.
Високочастотні печі
Ще в далекій давнині люди помічали, що
кусок сталі, нагрітий до високої температури
і потім швидко охолоджений, стає твердішим.
Такий процес назвали гартуванням.
Для підвищення міцності стальної деталі
особливо важливо, щоб поверхневі шари
ставали дуже твердими, а серцевина лишалася
без змін. Коли ж загартувати метал наскрізь,
він стане крихким, легко ламатиметься. У
звичайних печах нагрівання відбувається
порівняно повільно, і метал встигає прогрітися
вглиб. Радянський вчений В. П. Вологдін
запропонував нагрівати метал перед
гартуванням струмами підвищеної частоти. Таке
нагрівання має свої особливості.
Коли проводом іде постійний струм,
електрони рухаються з однаковою швидкістю,
рівномірно заповнюючи весь поперечний
переріз провідника.
При змінному струмі порівняно високої
частоти струм проходить в основному
поверхневим шаром провідника і майже не проникає
всередину, тобто струм наче витісняється
з внутрішнього перерізу проводу на його
поверхню. Це явище називається поверхневим
ефектом. Якщо вийняти внутрішню частину
проводу, перетворивши його в трубку, то
умови проходження струму по проводу
помітно не зміняться.
Причина поверхневого ефекту —
електрорушійні сили, які індукуються всередині
провідника змінним магнітним полем, що виникає
навколо нього при проходженні по
провіднику змінного струму. Ці сили створюють
струми, які, відповідно до знаменитого
правила Е. X. Ленца, спрямовані назустріч
початковому струму, що створив магнітне поле.
Навколо зовнішнього шару проводу діє
тільки та частина магнітного поля, яка
розподілена в зовнішньому просторі. Відповідно
й індукований струм у зовнішньому шарі
проводу буде менший, ніж у центральній
частині проводу. Отже, більша частина
струму проходить по поверхні, а в центрі струм
помітно зменшується. Поверхневий ефект
проявляється тим помітніше, чим вища частота
змінного струму. При високих радіочастотах
струм фактично проходить по дуже тонкому
поверхневому шару.
Для високочастотного нагрівання крихких
стальних виробів потрібний потужний
генератор, приблизно такий же, як у радіомовній
передавальній станції. У котушці
коливального контура такого генератора діє потужне
магнітне поле радіочастоти. Внесемо в
котушку кусок сталі. Завдяки електромагнітній
індукції в ньому виникнуть вихрові струми.
Вони тектимуть по поверхні. Поверхневі шари
металу миттю розжаряться, а серцевина в
перший момент залишиться холодною. Якщо
тепер швидко охолодити кусок сталі, то його
поверхня загартується, зробиться твердою,
стійкою проти спрацювання, а товща металу,
як і раніш, буде в’язкою.
Регулюючи частоту коливань генератора,
можна змінювати режим гартування, його
глибину. Із зниженням частоти глибина
гартування збільшується. Гартування
високочастотними струмами в наші дні завоювало
загальне визнання і широко застосовується
на металообробних заводах.
Високочастотне нагрівання
використовується і в деревообробній промисловості. Тут з
допомогою струмів радіочастоти здійснюють
швидке сушіння деревини.
Раніш для того, щоб висушити дерев’яний
виріб, потрібно було досить багато часу, бо
при прискореному й нерівномірному
нагріванні деревина жолобилась і тріскалася.
Завдяки радіо цей складний і тривалий процес
спростився й скоротився в багато разів.
Високочастотне нагрівання дерева
відрізняється від нагрівання металів. По-перше,
метал — провідник, а дерево — ізолятор, хоча
й поганий. По-друге, при гартуванні сталі ми
старалися розігріти тільки поверхню, а при
сушінні деревини потрібне строго рівномірне
нагрівання.
134

Згадаймо, що в коливальному контурі
потужного генератора, крім котушки
індуктивності, є конденсатор. Між пластинами
конденсатора діє потужне електричне поле. Коли
внести в нього кусок дерева, то енергія поля
буде витрачатися. Дерево, як ми вже
говорили, поганий ізолятор. Воно все-таки проводить
електричний струм, хоча й чинить йому
великий опір. Бнергія, запасена конденсатором,
витрачається на те, щоб подолати цей опір,
і виділяється у вигляді тепла.
Чим вища частота коливань генератора, тим
більше електричної енергії переходить у
тепло і тим інтенсивніше нагрівання. Оскільки
втрати енергії однакові по всій товщі дерева
і нагрівання йде рівномірно, деревина не
тріскається й не жолобиться.
У високочастотній печі можна зварити м’ясо,
не розтопивши лід, в який воно вмерзло.
Помістимо крижану брилу між пластинами
конденсатора. Лід — хороший ізолятор. Втрати
енергії в ньому дуже малі. Кусок м’яса
в якійсь мірі проводить струм. Природно, що
лід і м’ясо в електричному полі високої
частоти поводитимуться по-різному. М’ясо почне
нагріватись, а лід так льодом і залишиться. *
Страва буде готова так швидко, що тепло не
встигне передатися льодові, і той не розтане.
Курча, зварене в каструльці з льоду...
Типове чудо. Знахідка для казкаря, блискуча
ідея для фокусника-ілюзіоніста! Проте жарти
жартами, а кухарі придбали воістину
чудесного помічника у вигляді високочастотної
печі. В електричному полі страви
розігріваються моментально, не пересихаючи й не
втрачаючи смаку. Одна хвилина — і обід
готовий! Струми радіочастоти вже тепер
використовують для виготовлення компотів, які
зберігають смак свіжих фруктів.
Раніш боби какао сушили у спеціальних
апаратах. Крізь потік падаючих бобів
продувався дим, нагрітий до 160° С. Поверхня бобів
при такому сушінні обсмажувалась, а
серцевина лишалася сирою. Крім того, дим виносив
із собою деякі ароматичні речовини, що є в
бобах. Усе це погіршувало смак шоколаду.
І от запропонували використати для
сушіння та обсмажування бобів какао струми
високої частоти. Виготовили дослідну
установку. На ній обробили партію бобів какао
вагою у дві тонни. Кондитерська фабрика
«Красний Октябрь» виготовила з них чудовий
шоколад. Так електроніка і радіотехніка
прийшли на кондитерську фабрику.
Високочастотне нагрівання застосовується
також у медицині для лікування деяких
захворювань і в біології для знищення
бактерій. В одній з бібліотек велика кількість книг
була пошкоджена кліщем, який руйнував
папір. Книги врятували, знищивши паразитів
струмами радіочастоти.
Отже, на цей раз — гартування сталі,
сушіння деревини, рятування книг,
приготування компотів та інших страв... Та чи є
взагалі в світі така галузь людської діяльності,
яка б не входила до «сфери впливу»
радіотехніки й електроніки? — спитає читач.
Немає такої сфери. Електроніка — скрізь.
Радіо лікує
Багато тисячоліть, не припиняючись ні на
годину, іде велика битва за життя людини.
Люди здобули в ній немало перемог над
хворобами. Людство назавжди запам’ятало імена
прославлених героїв — від Гіппократа і Аві-
ценни до Пастера і Пирогова, які очолювали
в різні часи священну битву із смертю.
Вона й тепер в розпалі. Але нині позиції
людини значно міцніші. Армія лікарів стала
численнішою і сильнішою. В її арсеналі —
потужна сучасна зброя, основана на останніх
досягненнях науки. На службі у медицини
і багато новинок радіотехніки й електроніки.
Зокрема, медицина широко використовує
електромагнітні хвилі й радіочастотні струми.
Радіохвилі, ультрафіолетові та інфрачервоні
промені, рентгенівське та радіоактивне
випромінювання справляють великий вплив на
живі організми. Залежно від дози він може
бути згубним або цілющим.
135

Струми радіочастоти лікують виразки й
опіки, запалення легень і плеврити, сприяють
розсмоктуванню нагноєнь, убивають бактерії
та дрібних комах-паразитів.
Багатьох хворих направляють на
прогрівання. До різних ділянок тіла прикладають
електроди, з’єднані з генератором
радіочастоти — джерелом електромагнітних коливань. Ці
коливання, проходячи крізь живу тканину,
нагрівають її так само, як звичайний змінний
струм нагріває спіральку в електроплитці.
Особливо добрі результати в багатьох
випадках дають метрові хвилі. В медицині їх
застосовують уже понад чверть століття.
Струми нижчої частоти використовують для
лікування електросном. Ще в минулому
столітті вчені помітили, що переривчастий струм
своєрідно впливає на нервову систему тварин.
Під дією такого струму тварини впадають
у стан заціпеніння, який переходить у сон.
Далі було виявлено, що найсильніше впливав
струм у вигляді так званих прямокутних
імпульсів.
Звичайний змінний струм, який тече в
освітлювальній мережі, наростає і спадає плавно,
за законом синусоїди. Інакше поводиться
імпульсний струм. Його сила зростає або
спадає дуже різко, майже моментально. Якусь
частку секунди в колі взагалі немає струму.
Потім він з’являється стрибком, деякий час
тече, знову зникає. Виходить щось на вразок
телеграфних сигналів, тільки більш швидких:
пауза — імпульс, пауза — імпульс... Коли
зарисувати на папері, як змінюється такий
струм з часом, то вийде ламана лінія, що
складається з ряду П-подібних виступів. Тому
імпульси такого струму і називають
прямокутними. У 1954 р. вдалося сконструювати
промисловий вразок приладу «електросон».
Це типовий радіоапарат з рядом ручок,
електровимірювальним приладом і екраном на
вразок телевізійного, тільки меншого розміру.
Від приладу йдуть проводи, які закінчуються
поясками-контактами. Поясок надівають на
голову, ви відчуваєте ледве відчутне
поколювання. Минає кілька хвилин — і непомітно
настає сон.
Механізм впливу імпульсного струму на
мозок і нервову систему повністю не вивчений.
Вважають, що імпульси діють на закінчення
нервів у шкірі, які сприймають їх і по нервах
передають корі головного мозку. Виникає
свого роду гальмування, таке саме, як і при
нормальному сні.
Апарат «електросон» дає можливість
відмовитися від шкідливих для організму
снотворних ліків. Хірурги застосували електросон під
час операцій. У поєднанні з місцевим
знеболюванням він дав чудові результати. На
відміну від звичайного наркозу електронаркоз
не ослабляє серцевої діяльності, не залишає
після себе нудоти й запаморочення голови.
Подібні прилади застосовують при лікуванні
паралічів, для штучного дихання та в ряді
інших випадків.
Багато хто з нас звертається до
електронних приладів, щоб перевірити діяльність свого
серця. Прилад знімає особливі криві —■
кардіограми, з яких можна робити висновок про
роботу серця, визначити характер серцевого
захворювання.
Для діагностики та лікування пухлин
сучасна медицина використовує радіоактивні
речовини (мічені атоми). В організм людини
разом із звичайною їжею вводять трохи
радіоактивного йоду, заліза або іншого
хімічного елементу. Мічені атоми
розподіляються по внутрішніх органах, причому, як було
встановлено дослідами, в уражених місцях
скупчується їх значно більше, ніж у здорових
тканинах.
Але як уявити, де скупчились мічені атоми?
Для цього використовують спеціальні
електронні прилади, що реєструють радіоактивне
випромінювання. Стрілка приладу фіксує
скупчення мічених атомів. І от діагноз
установлено: у хворого пухлина, яка потребує
негайного лікування. Раніше вихід був тільки
один — хірургічне втручання. Тепер замість
нього або поруч із ним широко застосовують
радіоактивне і рентгенівське опромінювання,
які руйнують клітини пухлини. В
рентгенівських апаратах і спеціальних «ядерних
гарматах», що застосовуються для лікування
пухлин, видне місце займають електронні прилади.
Під час операцій лікарі керуються своїм
зором і особливим професіональним почуттям
136

дотику, що досягав надзвичайної гостроти.
Руку хірурга за її гнучкістю, чутливістю
і швидкістю рухів звичайно порівнюють з
рукою професіонального скрипаля.
А слух, чи потрібний він для успіху
операції?
В операційній, де нерідко вирішується доля
людського життя, панує глибока тиша. Рухи
хірурга й асистентів абсолютно безшумні —
люди розуміють одне одного без слів. Навіть
ледве чутний звук відвертає увагу,
найменший шурхіт дратує. Одне слово, сказане «під
руку», може завдати серйозної шкоди. Ось
чому багато хірургів були б, мабуть не від
того, щоб під час операції «вимикати» власні
вуха, як вимикають гучномовець, коли він
заважав.
Та часом багатство наших слухових
відчуттів, коли зуміти його використати, обіцяє
хірургам нові можливості.
Зір не може проникнути в глибоку рану,
не може виявити в ній осколків металу або
кісток. У таких випадках хірургам
доводиться працювати буквально навпомацки. Вони
досліджують поранення з допомогою зондів —
довгих, трохи вигнутих металічних стержнів.
Вводячи зонд у рану, хірург повільно обмацує
її стінки і дно, шукаючи сторонні предмети,
які треба вилучити при операції. Коли такий
предмет, наприклад осколок снаряда або
кусочок кістки, ударяється об зонд, у стержні
виникає пружна хвиля, і рука хірурга
вловлює легкий струс.
Щоб навчитися досконало володіти зондом
і безпомилково вгадувати характер
стороннього предмета, потрібний великий досвід.
Зондування набагато полегшиться, коли пружну
хвилю, яка виникає в зонді при зіткненні
з 	осколком, уловлювати не рукою, а чутливим
електронним приладом. Тут ми маємо справу
із звуком, отже, до наших послуг мікрофони,
що вловлюють зовсім слабу звукову хвилю,
і підсилювачі, з допомогою яких звук можна
підсилити. Сконструйовано спеціальний
електронний зонд, що сполучає якості звичайного
хірургічного зонда і мініатюрного мікрофона.
Електронний зонд складається з вигнутого
металічного стержня, п’єзоелемента (такого,
як у грамофонних звукознімачах),
підсилювача і телефону — навушників. Поштовх,
сприйнятий стержнем, передається п’єзоелементо-
ві. П’єзоелемент згинається, в результаті чого
на його електродах виникають електричні
заряди. Коливання цих зарядів підсилюються,
і в телефоні чути звук. Електронним зондом
можна не тільки виявити осколок, а й точно
встановити характер його поверхні. Коли краї
осколка зазублені, звук у навушниках
переривчастий, коли ж поверхня рівна, то звук
схожий на шурхіт. Електронний зонд має ще
одну, побічну перевагу: навушники, щільно
охоплюючи вуха хірурга, ізолюють його від
сторонніх шумів.
Перш ніж покинути операційну,
ознайомимося ще з одним радіоелектронним пристроєм,
який уже тепер починає подавати хірургам
велику допомогу. Коли операцію роблять під
наркозом, треба безперервно стежити за
кровообігом в організмі хворого. Чи встигають
легені постачати крові кисень? Може, треба
збільшити подачу кисню? Щоб дістати
відповідь, раніше вдавалися до хімічного аналізу
крові. Це був незручний і не дуже надійний
спосіб. Безперервно стежити за вмістом кисню
в крові не вдавалося. Тепер на вухо хворого
надівають мініатюрний затискач, з одного
боку якого розташований крихітний
фотоелемент, а з другого — крихітна лампочка. Ось
лампочка засвітилась. Крізь тканину вушної
раковини, крізь густе переплетіння
кровоносних судин проникає світловий промінь. Якщо
кров багата на кисень, вона ясна: світла
проходить більше. Коли ж кисню не вистачає,
кров темніє, кількість світла, яке проходить
крізь тканину вуха, зменшується.
Залежно від освітленості фотоелемент дає
більший або менший струм. Коливання
струму надходять у підсилювач і, підсилившись,
137

приводять у дію стрілку
електровимірювального приладу або перо самописця. При цьому
подача кисню регулюється автоматично. Такі
пристрої, що дістали назву оксигемографів,
можуть одержати місце біля кожного
операційного столу.
Другий подібний прилад—еритрогемометр—
визначає число червонокрівців — еритроцитів.
Чим їх більше, тим кров при однаковому
вмісті кисню темніша, тим менше світла
проникає крізь неї і потрапляє на фотоелемент.
Щойно ми говорили про електронне «вухо
хірурга». Є ще одне електронне «вухо».
Слухові апарати з мініатюрними підсилювачами
повернули працездатність тисячам людей із
зниженим слухом. Електроніка може
повернути слух навіть людям, у яких лопнула
барабанна перетинка. Барабанна перетинка
сприймає звукові повітряні хвилі подібно до
мембрани мікрофона і передає їх слуховому
нерву. Але при великих перевантаженнях
(наприклад, від вибухової хвилі) вона може
вийти з ладу — в результаті настає глухота.
Чи може після цього знову повернутися
слух?
Притуліться скронею до вібруючого корпуса
верстата. Ви чуєте гул? Звукові коливання
досягли вашого внутрішнього вуха, минаючи
барабанну перетинку. Кажуть, що,
оглухнувши, Бетховен слухав гру на роялі, упершися
в нього кінцем тростини і стиснувши ручку
зубами.
Почути таким способом звук можна тільки
в тому разі, коли коливання дуже потужні.
Але ми знаємо, що порівняно слабі звуки
людської мови можна перетворювати в
коливання струму й підсилювати в сотні й тисячі
разів. Потужні коливання надходять у
спеціальний гучномовець. Зовсім не треба, щоб він
давав гучний звук, важливо тільки, щоб
мембрана з силою вібрувала. її притискують
не до вуха, а до скроні або до кісточок,
розташованих за вухом. Коливання мембрани
передаються кісточкам, а від них
безпосередньо слуховому нервові.
Ми познайомилися далеко не з усіма
медичними електронними приладами, які вже
існують у наш час. А скільки їх буде в
майбутньому!
Недавно створили складну електронну
машину — модель людського серця і кровоносної
системи. Ця машина перекладає серцеву
діяльність на мову математики, складає і
розв’язує математичні рівняння, що відбивають
роботу здорового серця і вплив різних
захворювань та вад. Машина викреслює на
паперовій стрічці криву, якої не відрізниш від
кардіограми живої людини. Лікар вводить
у математичні рівняння поправки, що
відповідають тому чи іншому захворюванню.
Кожного разу характер кривої дещо змінюється.
Лікар порівнює криву, викреслювану
машиною, з кардіограмою хворого. Якщо криві
збігаються, значить діагноз правильний.
Подібні методи придатні, наприклад, для
діагностики нервових та психічних
захворювань. Вони дають змогу по-новому оцінити
багато процесів, що відбуваються в головному
мозку і нервовій системі людини. А
нервова система — регулятор життєдіяльності всіх
органів людського організму. Навчившись
керувати цим регулятором, лікарі зможуть
ефективніше запобігати найрізноманітнішим
захворюванням і лікувати їх. Є підстави
сподіватися, що успіхи електроніки підготовлять
грунт для великого нового етапу в розвиткові
медичної науки, для вирішальної перемоги
в боротьбі за збереження та подовження
людського життя!
Углиб мікросвіту
3 допомогою електроніки вчені проникають
у мікросвіт — заповідні надра речовини...
Що таке звичайний мікроскоп, знає в наш
час кожний школяр. Цей чудовий оптичний
інструмент відіграв неабияку роль у розвитку
науки. Завдяки «чарівному склу» люди
познайомилися з новим для них світом, повним
невідомого життя, заселеним міріадами істот,
розпізнали причину ряду заразних хвороб,
розгледіли будову клітин, що утворюють живу
тканину, дослідили структуру металів і т. д.
Заслуги оптичного мікроскопа незаперечні.
Але він уже вичерпав свої можливості, не
встигає за бурхливим ростом науки. В
оптичний мікроскоп не можна побачити предмети
менші за дві десятитисячні частки міліметра.
Чому? Може, збільшення, яке забезпечує
мікроскоп, удасться підвищити пізніше, коли
його конструкція буде ще і ще раз поліпшена?
На жаль, ні. Уся біда в тому, що межа
збільшення залежить не від вад конструкції, а від
властивостей самих світлових променів. Ми
знаємо, що видиме світло являє собою
електромагнітні коливання з довжиною хвилі від
4 до 7 десятитисячних часток міліметра;
поширення світлових променів підкоряється
законам хвильового руху.
В одному випадку світлові промені
відби138

ваються предметом, в другому — обходять
його. Усе залежить від того, що більше:
довжина світлової хвилі чи розміри предмета.
Якщо предмет значно більший за довжину
хвилі, то промінь відбивається від нього, якщо
менший — промінь обходить перешкоди й іде
далі.
Тим-то оптичний мікроскоп і не дає змоги
розглядати предмети, менші за дві десятити-
сячні міліметра. Світло обминає їх,
зображення виходить спотворене, деталі предмета,
розташовані на такій відстані одна від одної,
в полі мікроскопа зливаються. Ось чому
оптичні мікроскопи збільшують зображення
предметів не більш як у кілька тисяч разів.
Електронний мікроскоп дав змогу
переступити цей рубіж, бо в ньому замість світлових
хвиль використовуються електрони. Вузький
пучок електронів спрямовують на
досліджуваний предмет. Від поверхні предмета електрони
відбиваються по-різному, залежно від її
характеру. Відбитий промінь наче несе в собі
приховане зображення досліджуваного
предмета. Тепер це зображення треба збільшити
і «проявити» — тільки тоді воно буде доступне
окові. Збільшують і фокусують зображення
спеціальними електричними або магнітними
лінзами, майже такими, як у звичайній
телевізійній трубці. Пройшовши крізь лінзи,
електрони наштовхуються на екран, як і в
телевізійній трубці. На екрані з’являється
зображення досліджуваного предмета, збільшене
в сотні тисяч разів.
Конструкція електронного міскроскопа
складна. У ньому є прискорювач електронів,
електронно-оптичні пристрої і світний екран.
Для роботи приладу потрібне джерело струму
напругою іноді понад 100 тис. В. Щоб повітря
не заважало рухові електронів, його
доводиться весь час відкачувати. Для цього є
вакуумні насоси, які створюють у камері
електронного мікроскопа потрібне розрідження.
Електронний мікроскоп завоював визнання
вчених. Його широко застосовують у
медицині, біології, хімії, кристалографії, металургії.
Велику допомогу подає електронний
мікроскоп медичним працівникам. Ось кілька
прикладів.
Тяжке кишкове захворювання — дизентерію
викликають мікроби — дизентерійні палички;
їх легко можна побачити з допомогою
звичайного оптичного мікроскопа. Вчені відкрили
чудовий засіб проти дизентерії — бактеріофаг
(у перекладі — «пожирач бактерій»). Але,
гідно оцінивши новий лікувальний засіб, лікарі
ще не знали, яка його природа: чи то він
містить живі істоти надзвичайно малих
розмірів, чи то це складна хімічна речовина.
Схилялись до першого припущення.
Перевірити його з допомогою оптичного
мікроскопа, як виявилось, неможливо — збільшення
було недостатнє. Лише електронний мікроскоп
дав змогу підтвердити, що вчені не
помилились. Бактеріофаг — це полчища пожирачів
бактерій, кожний з яких розміром у
стотисячну частку міліметра. Пожирачі атакують
дизентерійну паличку, яка проти них здається
величезною колодою, і швидко
розправляються з нею.
До відкриття електронного мікроскопа були
невидимі і збудники грипу, тепер же ми
знаємо, що віруси грипу мають форму кульок
діаметром близько восьми стотисячних часток
міліметра. А чим більше відомостей про
ворога, тим легше з ним боротися.
Електронний мікроскоп допоміг розпізнати
причину тяжких легеневих захворювань, які
невідомо чому виникають у робітників деяких
спеціальних виробництв. Виявилось, що ці
хвороби викликали не мікроби, а надзвичайно
дрібний пил, що містить у собі малюсінькі
голочки окису цинку, кварцу тощо. Деякі
з них були завтовшки лише в кілька
мільйонних часток міліметра, проте вони тяжко
ранили ніжну тканину легень, робили людей
інвалідами. Коли причина таких захворювань
з’ясувалася, з ними навчились боротися:
почали застосовувати витяжні вентиляційні
пристрої, які очищають повітря від підступного
пилу.
Електронний мікроскоп — чудесне око, що
дає змогу лікарям підгледіти найглибші
таємниці живого організму. З допомогою цього
чудесного приладу можна безпосередньо
спостерігати молекули деяких речовин.
Дослідження білкових молекул допомагає вченим
шукати пояснення, як виникло життя, як
139

мертва речовина перетворилася в живу
тканину.
Вивчення процесів, зв’язаних з
виникненням і ростом кристалів, приведе до створення
надміцних сплавів, які не боятимуться корозій.
В результаті це дасть великий економічний
ефект, збереже багато тонн металу.
Збільшення, яке одержують в електронних
мікроскопах, у сотні разів більше, ніж в
оптичних. Але й воно має межу. Як показали
дослідження, електронні промені теж не позбавлені
хвильових властивостей, у тому числі
властивості обминати зовсім малі предмети.
Однак васоби й можливості електроніки такі
різноманітні й невичерпні, що можна не
сумніватись: у майбутньому вчені створять нові
типи мікроскопів, дія яких грунтуватиметься
на інших, поки що невідомих принципах і які
матимуть ще вищу межу збільшення. Тоді ми
зможемо спостерігати на власні очі світ
атомів.
З РАДІОХВИЛЕЮ - В КОСМОС
Етапи великого шляху
Космічні дослідження з використанням
методів і засобів радіотехніки планомірно
розвивалися в Радянському Союзі на протязі більш
як трьох останніх десятиріч у різноманітних
напрямах. Цілями і об’єктами цих досліджень
були уточнення властивостей земної
атмосфери і міжпланетного середовища, вивчення
Сонця і планет Сонячної системи, дослідження
Галактики та міжзоряного середовища,
космічного радіовипромінювання і, зокрема,
випромінювання радіогалактик, уточнення
геометричних розмірів Сонячної системи, дослідження
поширення радіохвиль у навколоземному й
космічному просторі та методів передачі
різних видів інформації, різноманітні медико-
біологічні дослідження, серед них вивчення
впливу невагомості на життєдіяльність живих
організмів та ін.
До початку космічної ери, відкритої
запуском першого штучного супутника Землі,
засобами космічних досліджень були оптичні
й радіотелескопи. У дослідженнях фізичних
властивостей навколоземного простору
використовувались іоносферні станції;
радіопередавачі цих станцій випромінюють імпульсні
сигнали в іоносферу, а приймачі приймають
відбиті імпульси. Властивості відбитих
сигналів дають змогу робити висновки про
структуру й характеристики шарів іоносфери.
Корисний матеріал давав також аналіз
поширення хвиль на лініях далекого радіозв’язку.
Багато цінних даних про властивості земної
атмосфери було одержано з допомогою
геофізичних ракет.
Виникнення радіоастрономії було пов’язане
з відкриттям радіовипромінювання нашої
Галактики і виявленням у 1932 р. галактичного
радіовипромінювання 8 безперервним
спектром на хвилях, близьких до 15 м.
Наступними важливими віхами в розвитку
радіоастрономічних досліджень було відкриття
радіови140

промінювання міжзоряного водню на хвилі
21 	см, установлення радіовипромінювання
Сонця в сантиметровому й метровому діапазонах
хвиль (1942—1945 рр.), відкриття В. В. Витке-
вичем (СРСР) надкорони Сонця, виявлення
потужного радіовипромінювання Юпітера,
відкриття радіозірок і радіогалактик, поява
радіолокаційної астрономії.
У Радянському Союзі вперше прийом
радіовипромінювання Місяця був здійснений у
1951 р. С. Б. Хайкіним на хвилі 3 см. Детальні
дослідження місячного радіовипромінювання
в широкому діапазоні від міліметрових і до
метрових хвиль проведено в
Науково-дослідному радіофізичному інституті (НДРФІ) при
Горьковському університеті ім. М. І.
Лобачевського. Цінні результати по випромінюванню
Місяця на хвилі 8 мм і в сантиметровому
діапазоні одержано у Фізичному інституті
ім. П. М. Лебедєва під керівництвом А. Є. Со-
ломоповича і в Пулковській обсерваторії.
Виникнувши в «досупутниковий» період
космічних досліджень, радіоастрономія
зробила великі успіхи, особливо за останні роки.
З'явилась радіолокаційна астрономія. Перші
спроби радіолокації Венери були зроблені
в 1958 р. у США і в 1959 р. в Англії. Однак
у цих експериментах шуми майже повністю
маскували корисні сигнали. У наступні роки
в Радянському Союзі під керівництвом
академіка В. О. Котельникова проведено нові
радіолокаційні дослідження планет Сонячної
системи—Венери (1962 р.), Меркурія (1962 р.)
і Юпітера (1963—1964 рр.). За ці роботи групі
радянських вчених у 1964 р. було присуджено
Ленінську премію.
Сучасний етап космічних досліджень
почався в історичний день 4 жовтня 1957 р., коли
в Радянському Союзі було здійснено запуск
першого штучного супутника Землі. Уперше
в історії людства було створено штучне
небесне тіло, яке оберталося за законами небесної
механіки. Його вага становила 83,6 кг.
Супутник був у польоті 92 дні, зробивши навколо
Землі 1400 обертів.
Запуском першого супутника було відкрито
епоху наукових досліджень по вивченню
космосу 8 допомогою супутників, космічних
ракет, автоматичних міжпланетних станцій та
космічних кораблів, складних систем бортових
і наземних радіотехнічних засобів..Слово
«супутник» з цього часу ввійшло у словники всіх
мов світу.
Менш як через місяць після запуску
першого штучного супутника Землі в
Радянському Союзі був виведений на орбіту другий
супутник з собакою Лайкою. Його вага вже
становила 508,3 кг. Другий супутник, з
допомогою якого було покладено початок вивченню
впливу різноманітних космічних факторів на
живі організми, а також різних фізичних явищ,
проіснував 162 дні, зробивши 2370 обертів.
141

15 травня 1958 р. було запущено третій
радянський штучний супутник Землі, що являв
собою космічну літаючу лабораторію,
оснащену різноманітними приладами та пристроями;
значна частина їх була побудована на
використанні радіотехніки й електроніки. Його вага
становила 1327 кг. Він був у польоті 691 день
і пролетів за цей час понад 448 млн. км. З
допомогою встановлених на ньому приладів
і радіоапаратури було одержано дуже цінні
дані про тцск, густину і температуру верхніх
шарів атмосфери, про космічні промені,
магнітне поле Землі, корпускулярне
випромінювання Сонця, поширення радіохвиль в
іоносфері та багато про що інше. Було
експериментально доведено, що густина верхніх шарів
земної атмосфери й висота їх розташування
значно більші, ніж це вважалося раніш.
Надзвичайно важливим науковим результатом
було детальне вивчення радіаційних поясів
Землі.
На третьому штучному супутнику Землі
було встановлено радіопередавач «Маяк»; його
сигнали приймальні радіостанції, розташовані
в СРСР, приймали до 6 квітня 1960 р., і їх
використовували в дослідженнях поширення
радіохвиль в іоносфері.
Протягом 1959 р. в Радянському Союзі було
здійснено запуск трьох космічних ракет у бік
Місяця. З їх допомогою здобуто цінні наукові
дані про властивості навколоземного й
навколомісячного простору.
Одним з видатних досягнень, здобутих з
допомогою радянської автоматичної
міжпланетної станції «Луна-3», виведеної на орбіту
8 допомогою третьої космічної ракети, було
перше в історії космічних досліджень
фотографування невидимого боку Місяця і
передача по радіо цих зображень на Землю.
Важливе також установлення факту, що Місяць
практично не має магнітного поля.
12 	лютого 1961 р. в Радянському Союзі був
виведений на орбіту важкий штучний
супутник Землі, і в той же день з нього стартувала
керована космічна ракета, яка вивела
автоматичну міжпланетну станцію на траєкторію до
Венери. З допомогою цієї станції було
виконано важливі дослідження і здійснено
перевірку функціонування наддалекого
радіозв’язку в космосі. Далекість радіозв’язку
перевищила 100 млн. км.
Протягом 1960 р. і перших трьох місяців
1961 р. в Радянському Союзі було запущено
п’ять важких космічних кораблів —
супутників Землі. Ці запуски дали змогу одержати
багато цінних даних для підготовки польоту
людини в космос, про що ще на рубежі XX ст.
мріяв К. Е. Ціолковський. Усе людство з
нетерпінням чекало реалізації цієї мрії. У
дослідженнях велику роль відіграли бортові
радіотелеметричні й телевізійні пристрої, які
забезпечили передачу на Землю інформації
про стан піддослідних тварин і про роботу
всіх систем, установлених на борту. Вперше
в історії живі істоти, зробивши космічний
політ довжиною понад 700 тис. км на другому
кораблі-супутнику в серпні 1960 р.,
благополучно повернулись на Землю.
Нарешті 12 квітня 1961 р. перший у світі
льотчик-космонавт Ю. О. Гагарін здійснив на
радянському космічному кораблі «Восток» свій
безприкладний космічний політ, який довів,
що людина може жити і працювати в умовах
космічного польоту і, зокрема, в умовах
невагомості. Протягом польоту космонавт
підтримував регулярний радіозв’язок з Землею.
142

6 серпня 1961 р. був виведений на орбіту
навколо Землі космічний корабель «Восток-2»,
пілотований льотчиком-космонавтом Г. С. Ти-
товим. «Восток-2» зробив понад 17 обертів
навколо Землі. Цей і наступні космічні
польоти радянських льотчиків-космонавтів А. Г. Ні-
колаєва, П. Р. Поповича, В. Ф. Биковського та
В. В. Ніколаєвої-Терешкової стали важливим
кроком у вивченні космічного простору.
Новий значний етап робіт по освоєнню
космосу був початий запуском 12 жовтня 1964 р.
з допомогою нової потужної космічної ракети
тримісного пілотованого космічного корабля
«Восход» з екіпажем у складі космонавтів —
командира корабля В. М. Комарова,
наукового співробітника кандидата технічних наук
К. П. Феоктистова і лікаря Б. Б. Єгорова.
Як і під час попередніх польотів, наземні
засоби забезпечували надійний зв’язок.
Установлена на борту телевізійна система
забезпечувала передачу не тільки телевізійних
зображень з кабіни корабля, а й картини, що
спостерігалися з його борту. Цю систему
екіпаж використав і для спостережень
навколишнього космічного простору з боку приладного
відсіку і гальмової рушійної установки, де
не міг бути встановлений звичайний
ілюмінатор.
Для виконання різних медико-біологічних
досліджень використовували дистанційну
реєстрацію фізіологічних параметрів з допомогою
телеметричних приладів і систем. У кожного
з космонавтів реєструвалась
електрокардіограма, дихальні рухи грудної клітки та
сейсмокардіограма, що відображала коливання грудної
клітки, викликані серцевими скороченнями.
Були проведені також реєстрації біострумів
головного мозку й визначені електричні
потенціали, що виникають при довільних і
мимовільних рухах очей, параметри, які
характеризують координацію рухів при
викреслюванні фігур і письмі, криві, що відображають
м’язову працездатність при виконанні
ритмічних рухів кисті руки. З допомогою
радіотелеметричної системи корабля частота пульсу
й дихання всіх космонавтів безперервно
протягом усього польоту передавались на Землю.
Надзвичайно важливим кроком в освоєнні
космічного простору був вихід людини за
межі корабля. 18 березня 1965 р. під час
польоту корабля «Восход-2» льотчик-космонавт
О. А. Леонов уперше покинув кабіну, провів
поза кораблем комплекс намічених досліджень
і благополучно повернувся в кабіну.
Перебуваючи в космічному просторі, О. А. Леонов
мав зв’язок не тільки з кораблем, а й
безпосередньо з Землею. Бортова телевізійна
система дала можливість мільйонам жителів Землі
спостерігати вихід О. А. Леонова з корабля,
його роботу поза кораблем і повернення на
корабель.
Тим часом тривали й роботи по завоюванню
космосу з допомогою автоматичних станцій,
керованих по радіо з Землі.
Штурм Місяця
У дослідженнях та освоєнні космосу можна
відмітити кілька характерних періодів.
Перший з них — період появи й визрівання ідей:
фантастичних і науково обгрунтованих.
Процес переходу від чистої фантастики до
реальних пропозицій був поступовим.
Історичний процес розвитку ідей освоєння
космосу — наочний приклад того, як у
пізнанні світу поєднуються зусилля вчених і
художників, письменників, діячів культури —
гуманістів; як взаємодіють точні науки і те, що
тепер іноді визначають як «людський
фактор» — категорії почуття, захоплення, уміння
мріяти й фантазувати. Так в історію, або вір-
143

ніше в передісторію космічних польотів
увійшли письменники й філософи-утопісти;
особливо часто в цьому зв’язку згадують поета
і солдата, дотепного і хороброго Сірано де
Бержерака, який прожив лише 36 років у
першій половині XVII ст. у Франції. У головному
його творі описано фантастичну подорож на
Місяць.
Перші ідеї, мабуть, уже
науково-фантастичні, з’явилися близько ста років тому.
У 1870 р. англійський письменник Бдвард
Хейл надрукував оповідання, в якому був
описаний запуск на меридіональну орбіту
штучного супутника. Запуск виконувався з
допомогою величезного маховика. Штучний
«Місяць» використовувався для навігації, і
висловлювалась думка про використання його
як засобу зв’язку.
У 1879 р. Жюль Берн описав запуск
супутника з допомогою гармати.
Справді науковий період був відкритий
у 90-і роки минулого століття К. Е. Ціолков-
ським. Пізніше він сам намітив періодизацію
робіт у цій галузі. Він писав: «Спочатку
неминуче йдуть думка, фантазія, казка; за ними
простує науковий розрахунок і вже в кінці
виконання вінчає думка. Моя робота належить
до середньої фази творчості».
З самого початку в цих проектах основне
місце займають штучні супутники і Місяць.
У 1965 р. досягли Місяця автоматичні
станції «Луна-5», «Луна-7», «Луна-8», з допомогою
яких перевірялися системи радіоконтролю
траєкторії, бортова радіоапаратура, система
астроорієнтації та прилади автономного
керування. 18 липня 1965 р. був запущений
«Зонд-8», одержано 25 знімків, які охоплюють
19 млн. км2 місячної поверхні, в тому числі
10 млн. км2, які лишились незнятими при
польоті станції «Луна-3». Так зникли останні
«білі плями» на карті Місяця.
Черговим кроком у завоюванні Місяця була
м’яка посадка автоматичної станції «Луна-9»
на його поверхню 3 лютого 1966 р. Уперше на
іншому небесному тілі запрацювала дослідна
лабораторія.
На станції «Луна-9» були встановлені:
апаратура радіозв’язку (приймачі та
передавачі), телевізійна апаратура, електронно-оптичні
пристрої для орієнтації станції в польоті,
система радіоконтролю орбіти, програмно-часо-
вий пристрій, система терморегулювання,
радіосистема м’якої посадки. Після того як
станція була виведена на розрахункову
траєкторію, весь час вимірювались її координати
з наземних пунктів космічного зв’язку. В
результаті було встановлено, що фактична
траєкторія руху станції проходить на
віддаленні 10 тис. км від центра Місяця. Наземний
командно-вимірювальний комплекс підготував
вихідні дані для корекції траєкторії, бо інакше
станція пройшла б осторонь цілі.
«Луна-9» була орієнтована на Сонце з
допомогою електронно-юптичної системи та
реактивних мікродвигунів. Після цього, при
збереженні орієнтації на Сонце, оптична система
провела пошук Місяця і орієнтацію на нього.
Уся робота проводилася за командами з
Землі. Величина і напрям коректуючого
імпульсу, відповідно закодовані, теж були передані
по радіо. Траєкторія польоту станції в
результаті корекції стала проходити практично через
розраховану точку посадки в районі Океану
Бур.
Ясно, що така впевнена передача команд
на борт станції, віддаленої від Землі на
величезну відстань, потребує застосування
спеціальної наземної радіоапаратури. Адже
радіосигнали на такій відстані дуже слабкі і на них
накладаються різні завади. Та коли труднощі
при передачі й прийомі сигналів наземним
радіокомплексом порівняно легко
компенсуються збільшенням потужності наземних
передавачів, чутливості наземних приймачів,
підсиленням приймальних передавальних
144

антен, то на бортовій станції ці можливості
дуже обмежені. З борту станції як під час
польоту, так і з поверхні Місяця передавалась
на Землю різна телеметрична інформація, що
включала дані про тиск у відсіках, про
температурний режим, про готовність до роботи
та функціонування бортових систем, про стан
джерел живлення.
Станція «Луна-9» з допомогою спеціальної
телевізійної апаратури здійснила панорамний
огляд і передачу на Землю трьох панорам
місячного ландшафту при різних кутах
Сонця над горизонтом. Чудова бортова апаратура
станції забезпечила високу чіткість
зображення місячної панорами, що, як відомо,
містила 6 тис. рядків і передавалась за 100
хвилин.
Команду на ввімкнення гальмової рушійної
установки станції дав радіовисотомір, який
являє собою автоматичний радіолокатор
великої точності. Гальмування почалося на висоті
75 км від поверхні Місяця, за 48 секунд до
посадки. Система керування посадкою
забезпечила гасіння швидкості з 2600 м/с до
кількох метрів за секунду поблизу поверхні. Отже,
на всіх етапах цього грандіозного космічного
експерименту радіотехніка відігравала
найактивнішу роль.
З квітня 1966 р. о 21 годині 44 хвилини за
московським часом вперше у Місяця з'явився
штучний супутник «Луна-10» вагою 1600 кг.
Щоб запустити «Луну-10» на селеноцентричну
(навколомісячну) орбіту, треба було подолати
немало труднощів.
Зразу ж після старту космічної станції
почались радіотехнічні вимірювання траєкторії
її руху, з допомогою електронного
обчислювального центру ці дані були опрацьовані.
На космічну станцію були послані команди,
«Луна-10», залишивши навколоземну орбіту,
попрямувала до Місяця. Знову було виміряно
траєкторію, і командний вимірювальний
комплекс підготував дані для корекції руху.
Станція прийняла команди, запам'ятала їх і точно
виконала. Тепер треба було розвернути
станцію так, щоб сопло двигуна було спрямоване
проти руху, і в потрібний момент почати
гальмування.
Знову було проведено вимірювання й подано
команди. Приблизно за 8 тис. км від поверхні
Місяця автоматична станція була
зорієнтована в потрібний бік, і о 21 годині 44 хвилини
система керування видала сигнал: «Увімкнути
гальмові установки». Перший же сеанс
радіозв'язку з автоматичною станцією, яка щойно
стала штучним супутником, показав, що її
апаратура працює відмінно.
Ми бачимо, що весь складний процес
керування виведенням «Луньі-10» на
селеноцентричну орбіту був забезпечений
радіотехнічним устаткуванням і електронною
автоматикою.
За «Луною-10» в тому ж 1966 р. пішли
«Луна-11», «Луна-12», у 1968 р.— «Луна-14»,
у 1969 р.— «Луна-15». Зросла і кількість
космічних кораблів, які робили посадку на
Місяці. 24 грудня 1966 р. у районі Океану Бур
зробила посадку «Луна-13»; на Землю з неї
пішла надзвичайно цінна інформація про
властивості місячної поверхні, панораму
місцевості. А «Луна-16», здійснивши 20 вересня
1970 р. посадку в районі моря Достатку,
пробурила місячну поверхню, взяла зразки
грунту й за командою з Землі вирушила назад.
Так уперше в історії завоювання космосу
автоматичний пристрій здійснив рейс по трасі
Земля — Місяць — Земля з доставкою на
Землю зразків місячного грунту. В лютому 1972 р.
місячний грунт доставила знову станція
«Луна-20».
Дальше завоювання Місяця пішло в останні
роки двома напрямками: з допомогою
пілотованих станцій і з допомогою автоматів,
керованих по радіо з Землі. Треба відзначити,
проте, що й пілотовані кораблі не обходяться
без радіокерування, надто вже складне
завдання, щоб довірити його цілком двом або трьом
космонавтам: сотні людей беруть участь у
проведенні експедиції.
Виконуючи політ за програмою «Аполлон»,
американські космонавти У. Шірра, Д. Ейзелт
та У. Каннінгем у жовтні 1968 р. успішно
зробили 163 витки навколо Місяця. Обльоти
Місяця на керованих кораблях відбулися також
у грудні того ж року, у березні й травні
1969 р. Нарешті в липні 1969 р. «Аполлон-11»
з екіпажем у складі космонавтів Н. Армстрон-
га, М. Коллінза та Е. Олдріна зробив перший
політ з посадкою на Місяці й благополучно
повернувся на Землю. За ними пішли інші
подібні польоти.
Паралельно Місяць досліджують наші
автоматичні станції. «Луноход-1» наїздив по
поверхні Місяця більш як десять кілометрів.
Екіпаж «Лунохода» керував ним з Землі,
дивлячись на «дорогу» телевізійними очима.
У січні 1973 р. «Луна-21» доставила в кратер
Лемоньє на східній окраїні моря Ясності
«Луноход-2».
Штурм Місяця триває.
145
- Ю 220

Мозок і голос ракет і супутників
«...Оголошено хвилинну готовність... Пускові
команди... Перший спалах полум’я... дим...
Ракета вже летить. Знайоме сонячної сили сяйво.
Грім, ревіння — не знаю, як назвати цей 8вук,
який наповнив весь степ...
Бкран: обличчя Феоктистова... Тепер його
погляд до чогось прикутий, мабуть, до
приладів. А ракета —це вже яскрава зірка.
Сліпуча, велика, яких наше небо не знав. Ще
трохи часу — і вона зменшується, червонів.
— Я — «Рубін». Земля, все йде нормально,—
доповідав космодрому командир першого
космічного екіпажу».
Так описув очевидець — спеціальний
кореспондент «Известий» Г. Остроумов — зліт
космічного корабля.
Якби спостерігач якимсь шостим чуттям
міг сприймати радіовипромінювання, перед
його очима постала б не менш велична
картина. Він побачив би ореол хвиль, який
оточив ракету, пунктирні траси радіоімпульсів.
Разом із складним комплексом бортових
приладів радіохвилі забезпечують високу
точність руху ракети по заздалегідь
розрахованому шляху. Радіо — мозок і голос ракет і
супутників. У запуску їх на орбіту головна
турбота лягав на плечі радіотехніки й
електроніки.
Досліди по радіокеруванню літальними
апаратами проводилися ще на початку XX ст.
Однак до другої світової війни широкого
практичного застосування радіокерування не
внайшло. Значно поширилася в ті роки
радіонавігація. Радіонавігаційні прилади
передавали й приймали інформацію про положення
і рух літака, але керував ним пілот.
Розвиток радіонавігації і особливо
радіолокації дав змогу створити сучасні засоби
радіокерування літальними апаратами і
ракетами. На практиці застосовуються кілька видів
керування: автономне, телекерування, телена-
ведення, самонаведення і комбіноване
керування.
При автономному керуванні радіосигнали
команд на ракету не надходять; рухом ракети
по заданій траєкторії керує бортова
апаратура. Такі системи забезпечують сталість
швидкості польоту, висоти, курсу і т. д., а також
сталу або таку, що певним чином змінюється,
орієнтацію супутників відносно земної
системи координат.
За способами вимірювання характеристик
польоту системи автономного керування
поділяють на: гіроскопічні, інерціальні, астронаві-
гаційні, системи керування по земних
орієнтирах, радіотехнічні, комбіновані.
Дія гіроскопічних систем основана на
властивостях гіроскопа — великого, складного й
дуже точного вовчка. Маховик — ротор
гіроскопа — приводять у рух, він починає
обертатися, причому швидкість обертання іноді
перевищує 30 000 обертів на хвилину. Чим
швидше обертається ротор, тим яскравіше
проявляються характерні властивості
гіроскопа.
Вісь гіроскопа укріплено в підвісі Кардана,
вона може вільно повертатися в корпусі
приладу на будь-який кут і в будь-який бік. При
обертанні ротора гіроскопа його вісь набуває
надзвичайної стійкості: її положення в про-

сторі залишається незмінним, хоч як
повертався б корпус приладу. Коли на опорах осей
підвісу Кардана укріпити потенціометри 27,
а движки їх з’єднати з осями підвісу, то
напруги, які йдуть від движків потенціометрів,
будуть змінюватися залежно від положення
ракети в просторі. Потенціометри тут
правлять за «датчики», вони дають стабілізуючі
сигнали. Один потенціометр вимірює кут
крену ракети, другий — кут тангажу, тобто кут
нахилу поздовжньої осі ракети до горизонту.
Коли є ще один гіроскоп з горизонтальною
віссю, то можна виміряти і курсовий кут. Хай,
наприклад, крену немає, тоді й відповідний
сигнал дорівнює нулю. Ось снаряд нахилився.
Одразу ж утворилась напруга стабілізуючого
сигналу. Пройшовши підсилювач потужності,
вона впливає на силовий привод, а той
повертає рулі, поки крен не буде усунуто. Тепер
стабілізуючий сигнал зник, силовий привод
перестав діяти — до чергового крену.
Щоб одержати стабілізуючі сигнали, в
гіроскопічних системах часто використовують не
потенціометри, а інші датчики, в яких немає
тертя між рухомими і нерухомими частинами.
Гіроскопічні автомати стабілізації —
неодмінна приналежність ракет, супутників і
космічних кораблів.
В інерціальних системах безперервно
вимірюється прискорення ракети і з допомогою
комп’ютера обчислюються її координати.
Відомо, що між масою тіла, його прискоренням
і силою інерції існує пряма залежність; сила
дорівнює добутку маси на прискорення.
Знаючи масу тіла і визначивши з допомогою
динамометра силу інерції, можна підрахувати
прискорення. На цьому й оснований принцип
дії акселерометрів — приладів, які вимірюють
прискорення.
В інерціальній системі автономного
керування використовуються три акселерометри,
розташовані перпендикулярно один до одного.
Акселерометри, які знаходяться в
горизонтальній площині, вимірюють прискорення
ракети у двох взаємно перпендикулярних
напрямах (наприклад, північ — південь і схід —
захід). Акселерометр, вміщений вертикально,
вимірює прискорення у вертикальному
напрямі. Множачи прискорення на час, можна
знайти швидкість, а швидкість на час —
пройдений шлях.
Комп’ютер, одержуючи сигнали від
акселерометрів, розраховує складові шляху ракети
у трьох напрямах і безперервно видає її
координати. Коли координати відрізняються від
розрахункових значень, які зберігаються в
програмному пристрої системи керування, то
виробляється командний сигнал, що через
силовий привод діє на рулі і вносить потрібні
корективи в траєкторію польоту.
Недолік інерціальних систем полягає в
поступовому нагромадженні різниці між
фактичними і розрахунковими значеннями
координат. У комбінації інерціальної системи
з якоюсь іншою системою ця різниця може
бути зменшена відповідною корекцією.
В астронавігаційній системі безперервно
автоматично вимірюється висота будь-яких двох
світил (кутів між напрямом на світило і
горизонтом) . Для цього служать секстанти-
астроорієнтатори, які автоматично стежать за
вибраними світилами. Секстанти-астроорієнта-
тори розташовані на платформі, положення
якої в просторі стабілізовано з допомогою
гіроскопів. За даними вимірів висот комп’ютер
147
10*

обчислює координати ракети*Як і в інерці-
альних системах, фактичні координати ракети
безперервно порівнюються з програмними.
Траєкторія польоту коригується так, щоб
звести до мінімуму їх різницю.
Перевага астронавігаційних систем
порівняно з інерціальними полягає в тому, що
похибка визначення координат не
нагромаджується з часом, бо координати вимірюються
безпосередньо, а не обчислюються
підсумовуванням пройдених відрізків шляху.
Системи керування по земних орієнтирах
реагують на фізичні параметри Землі — силу
земного тяжіння, магнітне поле, властивості
атмосфери, рельєф земної поверхні і т. д.
Існує кілька різновидів таких систем,
наприклад система керування з використанням
висотоміра, гіроскопа і магнітного компаса.
Ми знаємо вже, що політ за заданим курсом
може бути забезпечений гіроскопічним
автоматом стабілізації. Однак при великій
далекості польоту потрібна автоматична корекція
з допомогою магнітного компаса. Самий
тільки магнітний компас непридатний, бо його
показання не досить сталі. Комбінація
гіроскопа і магнітного компаса називається
гіромагнітним компасом. Керування висотою
польоту в такій системі здійснюється приладом,
який вимірює висоту над Землею (в
найпростішому випадку — анероїдом: приладом, який
вимірює атмосферний тиск).
Другий різновид системи керування —
картографічна система. До її складу входить
оптичний пристрій, що виконує безперервний
огляд місцевості, над якою пролітає ракета.
Одержане зображення місцевості порівнюють
із зображенням, нанесеним на фотоплівку, яка
перемотується стрічкопротяжним механізмом
із 	швидкістю, що відповідає шляховій
швидкості апарата. Розузгодження зображень
використовується для керування літальним
апаратом.
Зображення місцевості може бути не тільки
візуальним, а й радіолокаційним або тепловим.
Відповідно вибирають чутливий пристрій, який
виконує огляд.
До радіотехнічних систем належать
радіоаеронавігаційні, системи керування з
використанням земних радіоорієнтирів,
радіовисотоміри та ін. Радіоастронавігаційні системи
реагують на радіовипромінювання зірок. Як
і в звичайних астронавігаційних системах
керування, визначаються висоти двох світил, за
якими стежать гіростабілізовані
радіосекстанти. Системи керування по земних радіоорієн-
тирах використовують випромінювання
кількох стаціонарних (наприклад, радіомовних)
радіопередавачів, географічні координати яких
відомі. Дія радіовисотомірів полягає у
вимірюванні часу поширення електромагнітних
хвиль від літального апарата до поверхні Землі
й назад. На відміну від мембранних приладів —
анероїдів, радіовисотоміри дають справжню
висоту польоту; на показання анероїда
впливають коливання атмосферного тиску, що
залежить від метеорологічних умов, а також
від висоти місцевості над рівнем моря.
Для підвищення точності керування нерідко
використовують комбінацію автономних
систем, які діють за різними принципами. Ці
системи доповнюють одна одну, розширюють
можливості керування. Наприклад, щоб
урахувати бічні зноси, гіроскопічну систему
керування доцільно об’єднати з інерціальною. Такі
комбіновані системи застосовують для
керування балістичними ракетами.
В астроінерціальних системах усуваються
недоліки інерціальної (нагромадження
помилок при визначенні координат) і астронавіга-
ційної (визначення швидкості непрямим
шляхом з похибками) систем. У них з достатньою
точністю вимірюються і координати ракети,
і швидкість її польоту. Застосовуються і
комплексні радіоінерціальні системи, в яких
швидкість вимірюється радіотехнічними
засобами.
Телекерування ведуть з командного пункту.
При цьому траєкторію польоту задають і
коригують командами, які передаються по радіо.
Просторовий кут між розрахунковим і
фактичним напрямами польоту ракети
відображається у вигляді відрізка, який з’єднує
центр екрана радіолокатора із світною точкою.
Оператор виробляє команди ручкою
керування. Сигнали команд передаються на ракету
по каналу керування і через силовий привод
відхиляють рулі. Оператор суміщує світну
точку з центром екрана; в момент суміщення
снаряд опиняється на розрахунковій
траєкторії. Телекерування можна вести й
автоматично.
Теленаведення по радіопроменю основане
на принципі рівносигнальної зони. Про неї
вже говорилося раніше. Ця зона створюється
напрямленими антенами командного пункту.
Коригуюча команда формується не на
командному пункті, а в бортовій апаратурі ракети.
Уявіть собі, що радіокерована ракета летить
точно по осі рівносигнальної зони.
Припустімо, що дія одного з сигналів на бортову
апа148

ратуру ракети відхиляє рулі ліворуч, а
другого — праворуч. Поки сила обох сигналів
однакова, рулі залишаються нерухомими. Але
досить ракеті відхилитися в бік від осі рівно-
сигнальної зони, як один із сигналів почне
переважати над другим, рулі повернуться
і ракета повернеться на попередню
траєкторію.
Самонаведення. Як і при автономному
керуванні, команди виробляє бортова апаратура.
Однак ця апаратура не діє за наперед
розробленою програмою, а стежить за ціллю,
реагуючи на електромагнітну енергію, яку вона
випромінює або відбиває. Залежно від
характеру використовуваного випромінювання
самонаведення може бути світлове, теплове,
акустичне і радіотехнічне. Розрізняють також
пасивне, активне і напівактивне
самонаведення. При пасивному самонаведенні бортова
апаратура реагує на енергію, яку створюють
джерела, що знаходяться на цілі польоту,
а також на відбиту ціллю енергію зовнішніх
природних джерел, наприклад Місяця або
Сонця.
При наявності цілі у вигляді радіолокатора
або радіопередавача можна застосувати
пасивне радіотехнічне самонаведення; при наявності
джерела тепла (наприклад, тепловий
двигун) — пасивне теплове самонаведення і т. д.
Коли ж ціль не дає інтенсивного
випромінювання енергії, то вдаються до активного
і напівактивного самонаведення.
При активному самонаведенні ціль
опромінюється джерелом енергії, яке знаходиться
на самій ракеті, причому бортова апаратура
реагує на відбиту ціллю енергію.
Перевага активних систем самонаведення —
незалежність ракети від командного пункту;
функції його обмежуються організацією
старту і виведенням ракети на траєкторію
самонаведення.
При напівактивному самонаведенні
первинне джерело енергії розташоване на
командному пункті. Як і в перших двох варіантах,
для самонаведення використовується енергія,
відбита ціллю. Це спрощує і здешевлює
апаратуру: наземний передавач може бути
значно потужнішим, а антенна система —
досконалішою.
Порівняймо між собою світлові, теплові
і радіотехнічні системи самонаведення.
Світлові системи легко зробити пасивними,
оскільки більшість повітряних цілей добре відбиває
сонячне і місячне світло. Звідси — простота
світлових систем. Але вони цілком у владі
метеорологічних умов: дощ, сніг, хмарність,
туман роблять світлове самонаведення
практично неможливим. Але і при хороших
метеорологічних умовах воно можливе не завжди.
Якщо світло Сонця або Місяця потрапляє
безпосередньо в поле зору оптичного
пристрою, то дія апаратури порушується. Через
описані причини, незважаючи на привабливу
простоту світлових систем, сфера їх
застосування обмежена.
Дещо ширші можливості застосування
теплових систем, в яких використовується
інфрачервона частина спектра електромагнітних
хвиль, тобто діапазон довжин хвиль від 0,8
до 400 мкм. Тут в основному теж
застосовується пасивне самонаведення. Однак дія
теплових систем у меншій мірі залежить від
метеорологічних умов. Правда, під час туману
і хмарності затухання інфрачервоних
променів в атмосфері зростає, але не так різко, як
променів видимого світла.
Найменше залежать від метеорологічних
умов радіотехнічні системи самонаведення.
При хвилях, довших за 10 см, ця залежність
взагалі практично відсутня.
Комбіноване керування об’єднує кілька
видів радіокерування і буває послідовним і
паралельним. У першому випадку здійснюється
по черзі перехід від одного виду керування
до другого. Наприклад, спочатку ракета
рухається по траєкторії, забезпечуваній
автономним керуванням, потім переходить на
телекерування, а в кінці —на самонаведення.
В другому випадку одночасно застосовуються
два-три види керування. Це підвищує точність
наведення, надійність і заводозахшценість
апаратури.
Від балістичної ракети до супутника
Балістичні ракети далекої дії, або
міжконтинентальні балістичні ракети/ долають відстань
понад 10 000 км із швидкостями до 6000—
7900 м/с при максимальних висотах понад
1000 км. Вони мають багатоступінчасті
ракетні двигуни. Ступені працюють по черзі і в міру
згоряння палива скидаються. При цьому маса
ракети зменшується, чим досягається виграш
у швидкості. Ідея багатоступінчастих ракет
належить К. Е. Ціолковському.
Траєкторія польоту балістичної ракети
схожа на траєкторію руху звичайного
артилерійського снаряда. На «активній» ділянці
траєкторії, коли працює двигун, ракета спочатку
рухається немов по уявному гарматному
стволу. Ракета злітає вертикально, щоб пройти
149

найгустіші шари атмосфери найкоротшим
шляхом.
Потім починається виведення ракети на
балістичну траєкторію. Коли закінчується
активна ділянка, скидається останній ступінь, і
ракета, наче артилерійський снаряд, що
вирвався з гарматного дула, починає пасивний
політ, описуючи в просторі балістичну криву.
Чим вища швидкість ракети в момент
вимикання двигуна, тим менша кривизна
траєкторії і більша далекість польоту. Це результат
дії відцентрової сили, яка спрямована
обернено до сили ваги і намагається відірвати
ракету від Землі. При малих швидкостях
польоту відцентрова сила невелика і майже не
проявляється, але при швидкості 7900 м/с
поблизу земної поверхні вона стає рівною
силі ваги й урівноважує її. Досягнувши такої
швидкості, ракета вже не падає на Землю,
а обертається навколо неї по коловій орбіті.
Ось чому швидкість польоту, що дорівнює
7900 м/с, називається коловою, або першою
космічною швидкістю.
Як бачимо, міжконтинентальна балістична
ракета — це не тільки грізна сучасна зброя,
а й носій штучного супутника Землі, який
відкрив перед людством шлях у космос.
Балістичні ракети далекої дії, а також
космічні ракети, призначені для виведення на
орбіту штучних супутників Землі, стартують
з наземних стаціонарних пускових установок.
З допомогою опорних п’ят ракету
встановлюють на спеціальному пусковому столі, а її
положення регулюють домкратами. Далі готують
її до пуску: заправляють баки ракетного
двигуна пальним і окислювачем, перевіряють
апаратуру та прилади керування польотом.
За кілька хвилин до старту вмикають
електродвигуни гіроскопів, щоб до моменту пуску
швидкість обертання роторів досягла
потрібного значення. Потім запускають двигун. Як
тільки тяга двигуна перевищить вагу ракети,
вона відділиться від пускового стола, на мить
наче зависне, і потім полине вгору.
Б момент старту починає діяти система
керування. Орбіту супутника заздалегідь
розраховано, траєкторію виведення на орбіту
запрограмовано. У принципі можна було б
обійтись автономною (скажімо, інерціальною)
системою керування, але сама по собі вона не
може забезпечити потрібної точності. Ось
чому звичайно застосовують комбіновану
систему керування, до складу якої входять
радіотехнічні засоби контролю траєкторії та
керування.
Координати ракети визначають з допомогою
радіолокаторів. А щоб узнати швидкість,
слідом за ракетою посилають ще один
радіопромінь. На борту ракети є ретранслятор, що
приймає сигнал з Землі й одразу ж відсилає
його назад. Завдяки ефекту Допплера частота
сигналу змінюється — тим більше, чим
швидше летить ракета. За різницею в частотах
посланого сигналу і того, що повернувся,
автоматично визначається швидкість.
Одержувані в результаті радіоконтролю значення
координат і швидкості ракети перетворюються
в цифрову форму й надходять в електронний
комп’ютер. Після зіставлення виміряних
значень з програмними виробляється команда,
що передається по радіолінії на борт ракети.
Таким способом переміщаються рулі,
змінюється напрям тяги двигуна, вимикаються
і скидаються ступені, які вже
відпрацювали.
Для виведення супутника на орбіту, крім
телекерування, можна використати й телена-
ведення. У цьому разі ракета мчить наче
всередині невидимого ствола з радіохвиль,
уздовж осі рівносигнальної зони. Щоб
супутник вийшов на колову траєкторію, йому
треба надати першої космічної (колової)
швидкості. Строго виконати цю умову
неможливо. Звичайно швидкість космічної ракети
в кінці активної ділянки траєкторії дещо
перевищує колову (у противному разі ракета,
описавши балістичну криву, упаде на землю).
Тоді траєкторія польоту штучного супутника,
як виявляється, уже не колова, а еліптична.
В одному з фокусів еліпса знаходиться центр
земної кулі — силовий центр. Найближча до
силового центра вершина еліптичної
траєкторії називається перигеєм, найвіддаленіша —
апогеєм.
Системи контролю траєкторії та керування
запуском супутників входять до складу ко-
мандно-вимірювальних комплексів. Такі
комплекси об’єднують велику кількість
вимірювальних станцій, які розташовані по всій
країні й утворюють єдину мережу з великим
числом каналів зв’язку.
Роботу вимірювальних станцій координують
пункти керування. Дані вимірювань
опрацьовують в обчислювальних центрах; там же
виконують розрахунки, потрібні для запуску
космічних ракет. Після старту інформацію
про рух ракети аналізують, щоб заздалегідь
визначити траєкторію. Орбіту штучного
супутника Землі звичайно уточнюють протягом
2—3 годин, після чого
командно-вимірюваль150

ний комплекс, передаючи відповідні сигнали
керування, провадить корекцію орбіти.
За даними спостережень космосу складено
каталог штучних супутників Землі. Дані про
їх орбіти зберігаються в запам’ятовуючих
пристроях електронно-обчислювальних машин.
Пізнавання космічного апарата виконується
порівнянням параметрів його орбіти,
виміряних у процесі спостереження, з даними ката-
лога. За каталогом в будь-який момент часу
можна з допомогою індикатора визначити
положення на орбіті кожного з супутників.
Політ на Місяць
Відстань від нас до Місяця — 384 400 км, що
становить приблизно 60 радіусів земної кулі.
Мінімальна початкова швидкість пасивного
польоту після вимикання двигунів, при якій,
стартувавши з Землі, ракета досягав Місяця,
становить близько 11090 м/с. В міру
віддалення від Землі швидкість пасивного польоту
ракет змінюється. Спочатку, наче підкинутий
камінь, ракета втрачає швидкість, а
потрапивши у сферу притягання Місяця, внову
набуває її. За кілька десятків кілометрів від
місячної поверхні швидкість польоту
становить близько 2500 м/с.
Траєкторія польоту на Місяць у даному
випадку являв собою еліптичну криву, що
виходить з земної поверхні й дотикається Місяця
в точці апогея. При русі по такій траєкторії
політ на Місяць триває близько п’яти діб.
Політ з мінімальною швидкістю потребув
найменшої витрати енергії, але час польоту,
як бачимо, порівняно великий. Крім того,
найменші похибки в початковій швидкості
різко позначаються на характері траєкторії.
Якщо збільшити початкову швидкість лише
на 50 м/с, то час польоту скоротиться удвоє.
Траєкторія руху ракети буде при цьому майже
прямолінійною. Тривалість польоту можна
було б ще скоротити, збільшуючи далі
початкову швидкість, але тоді різко зросте витрата
палива на гальмування ракети поблизу
Місяця. Якщо початкова швидкість пасивного
польоту вища за мінімальну, траєкторія ракети
може перетнути орбіту Місяця. Щоб вивести
ракету на селеноцентричну орбіту, тобто на
орбіту штучного супутника Місяця, треба
в момент такого перетину увімкнути
гальмовий двигун і вменшити швидкість польоту до
1700 м/с ва 10 км від місячної поверхні.
Цікаво, що при одних і тих самих параметрах
орбіти місячний супутник мав в дев’ять разів
більший період обертання, ніж супутник
Землі, бо маса земної кулі приблизно у 81 раз
перевищує масу Місяця. І хоча радіус Місяця
(1850 км) значно менший за радіус Землі
(6371 км), період обертання супутника
поблизу місячної поверхні становить 120, а поблизу
земної — 85 хвилин.
Запускаючи ракети на Місяць, початкову
швидкість слід видержувати з високою
точністю. Навіть коли треба тільки «влучити»
в Місяць, то допустима похибка не більш як
±12 м/с. Коли ж потрібне прицільне
влучання або ставиться завдання обльоту Місяця, то
похибка не повинна перевищувати ±0,3 м/с,
причому помилка по куту нахилу траєкторії
повинна укластися в ±0,02°І Замість того,
щоб добиватися виконання таких жорстких
вимог, вдаються до корекції траєкторії в
процесі польоту. Не менш важливе завдання
м’якої посадки космічного корабля на
місячну поверхню, під якою розуміють посадку, що
гарантує збереження устаткування і безпеку
екіпажу. Щоб виконати цю умову, система
керування мав підтримувати максимальну
посадочну швидкість у межах 3—10 м/с,
причому горизонтальна складова цієї швидкості
повинна бути значно меншою за вертикальну,
інакше в процесі посадки корабель може
перекинутися.
Ми згадували, що поблизу місячної
поверхні ракета рухається із швидкістю порядку
2500 м/с. Цю швидкість треба погасити точно
керованим маневром, який називають
термінальним. Оскільки на Місяці атмосфери немав
і аеродинамічні сили відсутні, термінальний
маневр мусить бути виконаний з допомогою
самої тільки сили тяги. Для цього
застосовують гальмівні рушійні установки.
Орієнтація корабля в момент початку
термінального маневру за радіокомандою з Землі
здійснюється астронавігаційною системою. До
неї входять пристрої автоматичного стеження
за Сонцем і Землею або однією з яскравих
зірок, наприклад зіркою Канопус. Потрібної
орієнтації сили тяги, яку створює гальмівна
установка, досягають поворотом космічного
корабля на певні кути відносно опорних
напрямів, одержаних астронавігаційним
шляхом. Це забезпечують гідроскопічні автомати
стабілізації.
Радіотехнічна система телекерування
м’якою посадкою космічного корабля за
командами з Землі була б непридатна, навіть коли б
таким способом удалося точно виміряти
151

висоту над місячною поверхнею. Це
пояснюється спізненням на 2,5 секунди команд, які
передаються, що зумовлене часом поширення
радіохвиль від Місяця до Землі й назад. Інер-
ціальна система в чистому вигляді теж
непридатна внаслідок нагромадження
помилок керування за час польоту. Ось чому
найбільш прийнятна бортова апаратура радіоке-
рування, тобто апаратура, якою оснащений
самий космічний корабель.
Висота над місячною поверхнею
вимірюється 8 допомогою радіолокаційного висотоміра.
Система керування м’якою посадкою
підтримує правильну орієнтацію космічного корабля
і регулює тягу гальмівної установки так, щоб
на момент закінчення польоту швидкість
була погашена практично повністю. При
цьому опрацювання інформації про рух корабля
та формування команд провадить бортовий
лічильно-розв’язувальний пристрій.
Термінальний маневр може виконуватись
або як заключний етап прямого польоту
Земля — Місяць, або при опусканні з
селеноцентричної орбіти чекання. Спуск з орбіти
кращий тоді, коли треба вибрати місце посадки.
В американських космічних кораблях «Апол-
лон» з селеноцентричної орбіти на Місяць
опускалась тільки частина корабля —
місячний відсік, тоді як самий корабель
продовжував політ по орбіті. Радянська автоматична
станція «Луна-16» злетіла з Місяця без
такого розділення.
Повернення космічного корабля з Місяця
на Землю потребує у 20 разів менших
енергетичних затрат, ніж політ з Землі на Місяць.
Початкова швидкість пасивного польоту при
цьому близько 2,5 км/с. Точність націлювання
на Землю порівняно невисока і може бути
забезпечена інерціальною системою керування.
Міжпланетні польоти
Якщо початкова швидкість пасивного польоту
ракети поблизу земної поверхні становить
11200 м/с, то ракета рухається вже не по
еліптичній траєкторії, а по вітці параболи.
Інакше кажучи, вона перестав бути
супутником Землі, долає земне притягання і виходить
у міжпланетний простір. Таку швидкість
називають другою космічною. Щоб подолати не
тільки земне, а й сонячне притягання, ракеті
треба надати швидкості не менш як 16 700 м/с.
Це третя космічна швидкість. Досягнувши її,
космічний корабель зможе залишити межі
Сонячної системи.
Найбільш привабливі й реально здійсненні
тепер маршрути міжпланетних польотів до
Марса й Венери. По найкоротшій
прямолінійній траєкторії політ на Марс тривав би 85 діб,
але початкова швидкість пасивного польоту
мала б досягти 39 000 м/с. Ми поки що не
маємо ракет, які могли б розвинути таку
швидкість. Найбільш економічний політ з
мінімальною початковою швидкістю 11 600 м/с.
У цьому випадку космічний корабель
рухається по напівеліптичній траєкторії, тобто по
кривій, яка дотикається орбіт Землі і Марса
в діаметрально протилежних точках. Час
польоту з Землі на Марс становить при цьому
259 днів. Мінімальна початкова швидкість
польоту на Венеру— 11 500 м/с. Політ по
напівеліптичній траєкторії триває 146 днів. Досить
^підвищити початкову швидкість на 1 км/с,
і час польоту на Венеру скоротиться до 100 днів,
а на Марс — до 158. Ще один такий же
приріст швидкості скоротить тривалість польоту
на Венеру до 85 днів і на Марс — до 130. Але
дальше підвищення початкової швидкості
позначатиметься на строках міжпланетної
подорожі значно слабше.
Найбільш ефективним є запуск
міжпланетного корабля з проміжної орбіти супутника
Землі. Корабель спочатку виводять на
еліптичну орбіту. Потім, після її корекції
відповідно до розрахункових даних, гнову вмикають
двигун, який надає кораблеві додаткової
швидкості до 3—4 км/с. Такий запуск потребує
найменших затрат енергії і забезпечує велику
точність; значно зменшується прискорення та
перевантаження, що їх зазнає ракета на
активних ділянках траєкторії.
При міжпланетних польотах вимоги до
системи радіокерування стають особливо
жорсткими. При польоті до Венери допустимий
розкид початкової швидкості не повинен
перевищувати ± 15 м/с, а при польоті до Марса
±0,8 м/с. Така точність поки що неможлива.
Тому в процесі польоту потрібна корекція
траєкторії. Параметри орбіти визначаються
наземними радіолокаторами або автономними
пристроями. В результаті корекції при
польоті до Венери відхилення від цілі зменшується
з 800 000 до 8000 км. Це дає змогу здійснити
на заключному етапі міжпланетного польоту
термінальний маневр і посадку або перехід
на орбіту штучного супутника планети.
Повернення з космосу або посадка на
планету, яка має атмосферу,— досить складне
завдання. Адже треба забезпечити спуск у
заданий район без надмірного нагрівання і
над152

мірних перевантажень. При цьому треба
запобігти також можливості некерованого
рикошетування з атмосфери в космос.
Згадайте «падаючі зірки» — метеорити. При
їх русі крізь атмосферу в результаті тертя об
повітря виділяється величезна кількість
тепла. Метеорити розжарюються і згоряють.
Така ж небезпека загрожує і космічному
кораблеві. Якщо корабель або спусковий апарат,
що входить до його складу, входить в
атмосферу Землі з орбіти штучного супутника, то
швидкість руху спочатку близька до 8000 м/с.
При поверненні після польоту до Місяця або
міжпланетного польоту швидкість ще
більша — порядку 11000 м/с. Поринаючи в
атмосферу, корабель вазнає різкого гальмування
через опір повітряного середовища.
Перевантаження, що виникають при цьому, залежать
від кута, під яким входить в атмосферу
корабель. Чим більші швидкість і кут входу,
тим вище перевантаження. При зниженні
з орбіти штучного супутника Землі
по-балістичній траєкторії з кутом входу, який
дорівнює приблизно 6°, корабель зазнає майже сім-
надцятиразового механічного перевантаження.
Але гранично допустиме для пілотованого
космічного корабля перевантаження —
десятиразове.
Один з можливих способів зменшення
перевантажень полягає в керуванні
аеродинамічними характеристиками корабля.
Якщо в міру занурення корабля в атмосферу
його аеродинамічний опір поступово
зменшується, то цим немов частково компенсується
зростання густини повітря, і перевантаження
знижується. При поверненні з міжпланетного
польоту й зануренні в атмосферу корабель,
який має аеродинамічну якість, зазнає дії не
тільки сили опору повітря, а й підйомної сили.
Якщо сума підйомної і відцентрової сил буде
більшою за силу ваги, то висота польоту,
замість того щоб зменшуватись, почне
збільшуватися — виникне рикошетування, при
якому корабель буде викинутий у міжпланетний
простір. Навпаки, надто крутий спуск викличе
надмірно великі перевантаження й
перегрівання.
Керуючи підйомною силою і орієнтацією,
можна підтримувати перевантаження
постійним при спуску з порівняно великими кутами
входу (до 12°). Описуваний спосіб спуску був
застосований в радянських космічних
кораблях «Союз», які відрізняються від більш
ранніх кораблів «Восток» значно меншими
посадочними перевантаженнями.
«Космос! Я — Земля!»
Космос —як океан, що розкинувся безмежно
у трьох вимірах. Космічні польоти поки що
нагадують мореплавання далекого минулого.
Кораблі, на яких вони здійснюються, через
кілька десятиліть стануть в один ряд з
каравелами Колумба. Та коли моряки-першопро-
хідці, провівши очима берег, опинялись
відірваними від світу, то космонавтів зв'язують
з Землею павутинки радіоліній, які не рвуться.
Рятувальні й ремонтні операції
потребуватимуть точно розрахованої зустрічі в космосі.
Потреба в ній виникає і в ряді інших
випадків. От, наприклад, складання важкого
космічного корабля, запустити який з поверхні Землі
значно важче, ніж з орбіти. Або, скажімо,
будівництво стаціонарної космічної станції на
орбіті, комплексу лабораторій, виробничих та
побутових примішень. Про таке селище в
космосі мріяв К. Е. Ціолковський. У ході
космічного будівництва ракети доставлятимуть
окремі вузли збірної конструкції і стикуватимуть
їх в одне ціле. Цим же способом космічним
лабораторіям можна буде постачати матеріали
та енергетичні ресурси.
Періодична зміна екіпажів дасть змогу
нести безперервну вахту в космосі.
У пілотованих космічних кораблях функції
керування частково, а іноді й повністю
покладаються на льотчиків-космонавтів. Обмін
інформацією між космонавтами і командним
пунктом або між екіпажами космічних
кораблів, які здійснюють груповий політ,
відбувається по радіо.
При висоті орбіти 200—300 км удається
вести безпосередній зв’язок на відстані 1500—
2000 км. Для підвищення далекості зв’язку
передбачено мережу наземних приймально-
передавальних станцій. Усі вони з’єднані
з центром керування. Зв’язок з кораблем-су-
путником установлює та станція, в зоні
видимості якої він знаходиться.
Надійність зв’язку підвищують
резервуванням — використанням кількох бортових
приймально-передавальних радіостанцій, що
працюють на різних частотах. Коли сигнали
з космічного корабля не приймає жодна
станція, інформація, яку треба передати на Землю,
записується на магнітну плівку. При вході
корабля в зону видимості земної станції
запис відтворюється з підвищеною швидкістю.
Завдяки стисненню сигналу в часі вдається
набагато скоротити тривалість передачі й
підвищити обсяг передаваної інформації.
153

Дуже перспективним є космічний
радіозв’язок на світлових хвилях. З допомогою лазерів
забезпечується гостронаправлене
випромінювання енергії. А раз пучок електромагнітних
хвиль вузький, значить, розсіяння енергії
в просторі невелике; це дає змогу в багато
разів знизити потужність передавача. Та
й розміри антени значно менші. Атмосфера
сильно поглинає світлові хвилі, тому вони
найбільш придатні для зв’язку космічних
об’єктів не з Землею, а між собою.
Підраховано, що далекість лазерного зв’язку може
досягати десятків світлових років.
По космічних радіолініях передають і
телевізійні зображення, які дають змогу з
командного пункту стежити ва діями космонавтів,
візуально спостерігати за тим, що оточує
космічний корабель.
На космічних кораблях і супутниках
установлено багато різних датчиків —
вимірювальних пристроїв, що контролюють роботу
устаткування, параметри польоту й середовища,
стан космонавтів. Результати вимірів треба
передати на Землю для систематизації та
опрацювання. Сукупність датчиків бортової
апаратури, яка перетворює їх показання в
радіосигнали, ліній зв’язку і наземної
апаратури, в якій реєструється й опрацьовується
інформація, що надходить, являє собою
космічну радіотелеметричну систему.
Ця система складна. Число одночасно
вимірюваних величин іноді перевищує 100, тому
радіолінія повинна бути багатоканальною.
Датчики виробляють електричні сигнали, що
подаються в апаратуру ущільнення, яка
перетворює їх в один спільний груповий сигнал.
Цим сигналом модулюються коливання
бортового передавача радіотелеметричної системи.
Після детектування групового сигналу в
радіоприймачі наземної станції сигнали окремих
каналів розділяються з допомогою
електричних фільтрів.
У космосі автоматична станція
Колосальні швидкості далекого космічного
польоту, висока точність, з якою корабель має
додержувати розрахункової траєкторії,
нарешті, можливість непередбачених обставин,
які вимагають приймати рішення за тисячні
частки секунди,— все це відсував людину як
космічного штурмана і керманича на другий
план. Наші можливості обмежені природою.
Фантасти перетворюють людину в хвилю і
запросто «телепортують» її в іншу галактику;
поки що про далекий космос можна тільки
мріяти.
У відомій пісні співається про те, що «на
курних стежках далеких планет залишаться
наші сліди». Та от вчені вважають нині, що
відвідання людьми Венери, Юпітера, Сатурна,
Урана, Нептуна неможливе, принаймні в
найближче століття, через надзвичайно
несприятливі там для людини умови. Навіть на
поверхню більш гостинного Марса, на думку вчених,
людська нога навряд чи ступить у найближчі
десятиріччя. Небезпечні і тривалий політ
у космосі, і висадка на Марсі. Не треба
забувати до того ж, що політ автоматичного
апарата обходиться в 20—50 разів дешевше, ніж
політ пілотованого космічного корабля. І —
найменшого риску для життя людини І
Дослідження космосу з допомогою
автоматичних станцій — плодотворний шлях. Про це
свідчать успіхи, досягнуті радянською
космонавтикою. Завдяки «електронним
космонавтам» .можна одержувати широку й регулярну
наукову інформацію про досліджувані планети.
Автоматична станція може працювати, не
потребуючи відпочинку. Автомати зможуть
перелітати з місця на місце, переміщатися
по планеті, долаючи гірський рельєф і піски,
досліджувати все більші простори, збирати
зразки різних порід і в міру потреби посилати
їх на Землю.
Засобами радіотехніки й електроніки буде
забезпечений необхідний «ефект присутності»;
«розумні руки» роботів за наказом дослідника
виконають і тонку роботу, і, коли буде в
цьому потреба, зрушать важку брилу. Тільки
уявіть собі: от ви входите в звуконепроникну
кабіну, сідаєте в зручне крісло. Гасне світло,
спалахує знову, і перед вами вже Місяць.
І ви можете підняти камінчик з його поверхні,
піднести до очей...
Коло обов’язків і сфера досяжності
«електронних космонавтів» весь час зростають.
Сьогодні — Місяць, Марс, Венера. Завтра —
Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун... Адже потяг
людини до пізнання не має меж!
А тепер загляньмо в майбутнє!
Правда, передбачати майбутнє, особливо коли
йдеться про такий напрям у науці, що так
бурхливо розвивається, як радіотехніка й
електроніка,— завдання нелегке. Звичайно, ми
ставимо перед собою мету, намічаємо шляхи,
якими, на нашу думку, повинна йти наука.
Але ніщо не може виключити елемент
неспо154

діваності: відбувається відкриття — незапла-
нований стрибок вперед. Це не заважає
вченим робити прогнози на майбутнє. Але не
треба дивуватися, що в деяких спірних
випадках прогнози виявляються, м’яко
висловлюючись, не цілком точними.
Про одне з таких спірних питань — про роль
радіоелектроніки у розвитку людського
інтелекту — ми зараз і поговоримо.
Людський мозок — подиву гідний витвір
природи, продукт довгого еволюційного
розвитку. Учені ще не розібралися в
найскладнішій взаємодії його клітин, у процесах, що
відбуваються на молекулярному рівні, але вже
навчились моделювати саме мислення. У
літературі останніх років дедалі частіше
зустрічається термін «електронний мозок», спочатку
в лапках, потім — без них. Людина, не
подолавши поки що хитросплетення природи, що
міститься в її власному черепі, намагається
створити дещо подібне — простіше, грубіше,
але по-своєму раціональніше.
Забарний, втомлюваний, уразливий — сто
років тому мало хто наважився б пред’явити
такі суворі обвинувачення нашому органові
мислення. Політ думки вважався втіленням
швидкості — адже тоді не знали космічних
ракет, і ніхто не вів ліку часу на мікро-
секунди.
Сьогодні ми вміємо відлічувати тисячні
частки мікросекунд. І вже не політ, а
повільне обертання жорен асоціюється з роботою
думки. Гігантські потоки інформації
захльостують мозок — тільки встигай їх засвоювати,
переробляти, множити. А чи набагато змінився
мозок людський, скажімо, за останню тисячу
років? І от, схиляючись перед досконалістю
свого мозку й обурюючись його обмеженістю,
людина заходить в суперечку з еволюцією.
Кібернетика... Немає, мабуть, іншої науки,
яка породила б стільки суперечливих думок,
оцінок, прогнозів! Дискусії тривають і досі.
Одні визнають можливість «машинного
мислення», інші заперечують її, вважаючи, що
електронний мозок у принципі неспроможний
конкурувати з людським. «Даруйте,— кажуть
вони, знизуючи плечима,— число клітинок
нашого мозку в безліч разів більше за число
електронних ламп найскладнішої
кібернетичної машини. І хоча машина «мислить» у
тисячі 	разів швидше за людину, її «інтелект»
у стільки ж разів примітивніший».
Заперечення категоричне, але не
переконливе. Років із десять тому хтось підрахував,
що лампова копія людського мозку повністю
зайняла б висотну будівлю Московського
державного університету. І це теж
використовують як аргумент проти машини. Але ж на
зміну лампам прийшли транзистори, і
«будинок МДУ» зразу зменшився до розмірів
звичайного житлового будинку. А потім
з’являться нові ідеї, нові технічні можливості.
Використання дедалі складніших структур,
які містять усе більше надмініатюрних
елементів з безліччю зворотних зв’язків,
поліпшення самопрограмування й
самовдосконалення рано чи пізно приведуть до якісного
стрибка в розвитку електронного мозку.
Сподіватись на еволюцію, чекати, поки
природа ще більше «удосконалить» свій витвір,
чи, дерзновенно вторгнувшись в її святая
святих, революціонізувати розвиток мислення
засобами електроніки? Та коли електронний
мозок у своєму розвиткові може зрівнятися
з людським, то чи втримає його щось на цьому
рубежі? Автор книги «Штучне мислення»
П’єр де Латіль так змальовував майбутнє
людського суспільства:
«Колегія експертів, а над ними казкові
машини — ось яким можна уявити собі
керування планетою в далекі грядущі віки. І
машини, що наказують експертам, які їх
зробили. І експерти, що наказують юрбі від імені
непогрішимих святих помазаників — машин.
Сам Уеллс не вигадав нічого схожого...».
Один з піонерів кібернетики, Вільям Роуз
Бшбі, писав: «Коли машина насправді розвине
свої здібності, вона рано чи пізно визволиться
з-під контролю... Ми не зможемо ще
усвідомити, як буде вже вирішено, що віднині люди,
які обслуговують машини, стали для них
непотрібними».
Що можна протипоставити грізним
прогнозам західних філософів від кібернетики? Знову
знизати плечима: мовляв, усе це дурниці, чи
варто гадати, що буде в «далекі грядущі віки»?
Зробити так — значить ухилитися від
обговорення серйозної, незважаючи на всю її
фантастичність, проблеми. Тривога за долю
людства закономірна. Будь-яке наукове відкриття
може бути використане в ім’я добра чи зла,
для руйнування чи творення. Атомна енергія
може змітати міста і будувати їх, космічна
ракета — нести водневий заряд чи мирний
штучний супутник Землі. В електронний
мозок можна ввести поняття добра і честі,
мужності і благородства. А можна виховати
кібернетичного вбивцю — холодного, байдужого,
такого, що не знає співчуття. Саме такі рбботи
потрібні імперіалістам.
155

«Кібернетичному» рабству іноді
протиставлять кібернетичне «рабоволодіння». Рецепт
простий: «тримаючи машини під контролем»,
експлуатувати їх розумову перевагу.
«...Але чим я винна, що ви, давши мені
гігантську пам’ять... примушуєте тільки
читати і слухати і не передбачили в моїй схемі
пристроїв, з допомогою яких я могла б
рухатися й відчувати на дотик предмети»? — ці
слова належать самоудосконалюваній
електронній машині Суемі з однойменної повісті
фантаста А. Днєпрова. Такий собі
електронний варіант «голови професора Доуеля» —
кібернетичний мислитель, що живе, але
позбавлений радощів життя, безсоромно обкра-
дуваний своїм творцем — людиною. Скільки
воістину людської ненависті накопичиться
в цьому електронному мозку, ненависті до
гнобителів!
Так чи може машина перерости в людину —
не біологічно, за Дарвіном і Бремом, і не з
позицій формального інтелекту, а морально?
Кажуть, що переконання, емоції, почуття їй
у принципі недоступні. Але чому вони
повинні бути тільки нашим, людським, привілеєм?!
Хіба наш мозок не матеріальний, хіба не
існують різні форми руху матерії, і чи
можемо ми твердити, що внаємо хоча б половину
з них?
Між людиною і машиною можливі не тільки
дружні, а й «родинні» відносини. Б якійсь мірі
вони існують уже й зараз. Згадайте штучні
нирки, серце і легені, які підтримують
життєдіяльність людського організму під час
операцій. Це ще громіздкі стаціонарні пристрої,
але прийде час — і не буде здаватися дивиною
людина з «машинними» нирками, як
сьогодні — з серцевими клапанами з пластмаси.
А біоелектричний протез, а електронний
стимулятор діяльності серця — транзисторний
генератор імпульсів, що задає ритм серцевому
м’язу з допомогою вживлених у нього
електродів? Хіба це не впровадження машини
в заповідні надра нашого організму!
Говорячи технічною мовою, півкулі мозку —
це агрегати, які можуть діяти спільно,
резервуючи один одного, або нарізно. Уявіть собі
в ролі одного з подібних «агрегатів»
електронний мозок з його гігантською пам’яттю,
швидкодією і невтомністю. З його
потенціальною здатністю до майже необмеженого
удосконалення! Хіба це не означало б революцію
в розвиткові людського мозку?
Ясно едне —не можна штучно гальмувати
розвиток електронного мозку, боячись його
переваги над людським. Перший треба
розглядати як продовження другого, а не
протиставляти їх. Що ж до надзвичайно складної
етичної проблеми — чи може «машина» стати
людиною, а людина — «машиною», то нащадки
наші в ній, безумовно, розберуться й
оволодіють усіма формами розумного життя.
Можливо, таке перевтілення стане звичайною
справою або ж до нього вдаватимуться в
надзвичайних випадках, наприклад під час дуже
далеких космічних польотів.
З допомогою кібернетичних електронних
машин майбутнього людина зможе успішно
розв’язувати проблеми й завдання, які нині
здаються нам фантастичними. Коли говорити
про майбутнє, скажімо про 2021 рік, та про
зміни, які стануться за найближчі 50 років,
то дуже перспективним здається поєднання
телебачення з інформаційною службою країни.
От тепер у листах до Комітету по
радіомовленню й телебаченню люди висловлюють
побажання і просьби показапі ту чи іншу
передачу. їх враховують, аналізують,
задовольняють. Але це робиться, так би мовити,
«вручну», на рівні звичайного поштового
листування. Такий спосіб задоволення потреб
скоро буде неприйнятним. Треба думати про
?е, щоб запроваджувати засоби сучасної
автоматики. Насамперед, звичайно, повинна бути
дуже розвинута служба зберігання
телевізійної інформації. Розвиткові цієї служби
сприятиме такий напрям в сучасній техніці, як
мікромініатюризація. У мікросховищах буде
запасено величезну кількість телевізійних
програм на найрізноманітніші теми, і запас
цей увесь час поповнюватиметься. Відповідно
до цього повинна діяти й система
інформаційної служби.
Можна сподіватися, що в найближчі 50 років
поєднання телебачення з інформаційною
службою дасть нечувані результати. Кожний
телеглядач зможе, коли йому схочеться, послухати
лекцію на ту тему, яка його цікавить. І
зробить це, натиснувши відповідні кнопки. Запит
буде переданий у систему інформаційної
служби, і вона спрацює автоматично. Можна буде
зробити по телебаченню подорож по різних
країнах, заглибитися в якесь наукове
питання, подивитись який завгодно фільм,
удосконалювати знання іноземної мови і т. д.
Природно, для створення такої мережі
інформаційної служби треба провести дуже
велику роботу, бо вона складатиметься з
величезної кількості елементів. Це будуть і хви-
левідні лінії зв’язку, і кабелі, і радіорелейні
156

лінії, і лінії з використанням лазерних
випромінювань, і величезні за своєю інформаційною
місткістю сховища телевізійних програм,
різноманітні автомати та багато, багато іншого.
Глибоке вивчення складних процесів
передачі інформації в організмі людини і тварин
дасть змогу не тільки пізнати багато ще не
розгаданих таємниць живої природи, зокрема
таємниці роботи мозку, а й приведе до
великих якісних стрибків у радіоелектроніці і до
відкриття принципіально нових технічних
служб та систем, широке використання яких
відкриє для людства такі можливості, які
в наші дні здаються нам нездійсненною
фантастикою.
Людство на порозі звершення великих
відкриттів.
Не доводиться сумніватись, що радіотехніка
і електроніка збережуть своє провідне місце
в цих великих завоюваннях людського розуму
і принесуть ще більшу, ніж у минулі роки,
користь усім народам нашої планети.

ЗМІСТ
Про що ця книга
3
Як відбувається це чудо
72
Народження радіоелектроніки
3
Застосування і перспективи
74
Від вакууму до кристала
6
Чи можна «ущільнити» хвилю
75
У радіотехніку і електроніку приходить
Хвиля «в бушлаті»
76
модуль
7
У пілотській кабіні
77
У світі напівпровідникових мікровузлів
9
На залізницях
78
На порозі — молектроніка
9
В аудиторіях і конференц-залах
78
В основі — хвиля
10
На ваш виклик
78
«Швидкі, як хвилі...»
10
Надкороткі хвилі — наддалекі відстані
80
Усе вище й вище, усе коротше й коротше!
12
Сигнал за естафетою
80
Колиска радіохвиль
14
Стрибок у тропосферу
83
Слуга радіотехніки — резонанс
17
Наввипередки з метеорами
85
«Робінзон» подає сигнали
18
3 допомогою супутника
85
Углиб електроніки
19
Світло — зв’язківець
90
Почалося з лампи
19
Електронні очі, які бачать
На надвисоких частотах
20
за сотні кілометрів
91
«Наслідний принц» радіоелектроніки —
Від картонного диска до голубого екрана
91
лазер
23
Погляд крізь невидиме
96
Могутній напівпровідник
29
...І зоря з зорею гомонить
99
Наступ по всьому фронту
29
Космічні мазери
99
Електрони і дірки
33
Активна астрономія
102
На зміну лампі
35
Астрономи досліджують Землю
103
Його величність транзистор
37
Про голос, музику, зубний біль
Невичерпне джерело
39
та про багато чого іншого
104
Як підсилюють радіосигнали
40
Збережений звук
104
Азбука радіосхем
40
Нечутне звучання
107
Що таке підсилювач
42
Радіомузика
111
Які бувають підсилювачі
42
Електроніка — база кібернетики
113
Лампа підсилює
43
Автомати за роботою
113
Фабрика коливань
45
«Ожилі» роботи
115
Метаморфози енергії
45
Машини вчаться «думати»,
119
«Трудовий паспорт» автогенератора
46
Комп’ютери наших онуків
125
Найточніший у світі
48
Права рука вчених, інженерів, лікарів
126
Перед далекою дорогою
51
Ядерна «артилерія»
126
Трохи історії
51
Найточніший метр
129
Зазирнемо всередину передавача
54
Радіо і транспорт
131
Модуляція
56
Спіймані вібрації
132
Імпульс за імпульсом
57
Високочастотні печі
134
Увага, переходжу на прийом!
59
Радіо лікує
135
Як працює радіоприймач
59
Углиб мікросвіту
138
«Анкетні дані» приймача
60
3 радіохвилею — в космос
140
Старт і фініш радіохвиль
63
Етапи великого шляху
140
Спочатку про хвилі в проводах
63
Штурм Місяця
143
Дороги до океану
65
Мозок і голос ракет і супутників
146
Тепер у простір!
66
Від балістичної ракети до супутника
149
Хвиля в рамці
67
Політ на Місяць
151
Антени-хмарочоси, антени-етажерки
70
Міжпланетні польоти
152
Тисяча розмов через одну антену
71
«Космос! Я —Земля!»
153
Бачити і розмовляти через тисячі
У космосі автоматична станція
154
кілометрів без проводів
72
А тепер загляньмо в майбутнє!
154

Владимир Иванович Сифоров, чл.-корр. АН СССР,
Александр Филиппович Плонский, докт. техн. наук,
Николай Иосафович Чистякову докт. техн. наук
РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ДЛЯ ВСЕХ
(на украинском языке)
Под общей редакцией
чл.-корр. АН СССР В. И. Сифорова
Редактор видавництва інж. Л. О. Полянська
Художник Ф. I. Юр’вв
Технічний редактор К. 6. Ставрова
Коректори Я. Я. Чигрина, Т. П. Кравець

Здано до складання 8.Х. і 973 р. Підписано до
друку 8.ІІ. 1974 р. Папір друкарський № 1. Формат
паперу 70х І00г/ів- Оібсяг: 10 фіз. арк., 12,97 умови,
арк., 17,51 обл.-вид. арк. Тираж 21 ООО. Зам. 220.
БФ 04770. Ціна 79 коп.
Издательство «Техніка»,
252601, Киев, 1, ГСП, Пушкинская, 28
Книжкова фабрика «Жовтень»
республіканського об’єднання «Поліграфкнига»
Держкомвидаву УРСР, Київ, вул. Артема, 23а