В двадцатых годах наш соотечественник О. В. Лосев открыл способ усиливать радиосигналы с помощью не радиоламп, а особого полупроводникового элемента.

Новый преобразователь и усилитель электрических колебаний был назван кристадином. По своим качествам он уступал радиолампе; это и понятно: наука того времени о полупроводниках знала очень мало. Изобретение О. В. Лосева было забыто.

Вспомнили о нем в годы второй мировой войны, когда стали строить радиолокаторы, работающие на сантиметровых волнах: кристаллический преобразователь на этих волнах работал значительно лучше радиолампы! С этого времени началось чрезвычайно быстрое внедрение полупроводников в технику.

Полупроводники составляют в природе особую группу тел. В обычных условиях они плохо проводят ток и этим похожи на изоляторы. Но стоит внешним условиям измениться, и полупроводник начинает сравнительно хорошо пропускать ток, приближаясь по своим свойствам к проводникам. К полупроводникам относятся различные окислы и минералы, а также такие химические элементы, как германий, кремний, селен, теллур, бор, фосфор.

Первое свое применение в современной технике полупроводники получили как выпрямители переменного тока. Переменный ток пропускают через соединение полупроводников двух различных типов, в результате чего получают выпрямленный ток, т. е. такой ток, который протекает только в одном направлении. Раньше для этой цели применялись радиолампы.

Усложнив устройство полупроводникового элемента, удалось применить его для усиления слабых электрических сигналов. Новый прибор выполняет те же функции, что и усилительная лампа, но отличается в десятки раз меньшими размерами и тем, что не имеет нити накала.

Это значительно сокращает потребление энергии источников питания.

Первый кристаллический триод был создан в 1948 г. В настоящее время разработаны десятки типов полупроводниковых приборов.

В создании радиоэлектронной аппаратуры небольших размеров велика роль и так называемых печатных схем. Это такие радиосхемы, которые печатаются способом, близким к типографскому. На стеклянные или пластмассовые пластины наносится «рисунок», включающий в себя конденсаторы сопротивления и далее небольшие катушки индуктивности. Такой двухмерный (плоский) монтаж очень удобен в массовом производстве радиоаппаратуры и позволяет намного уменьшить ее размеры.

Внедрение этих достижений радиотехники в производство позволит не только создать портативные электронные математические машины, но и сделает возможным по-новому подойти к конструированию телевизоров, радиолокаторов, радионавигационных устройств и другой радиоаппаратуры.

Электронное оружие ученых

Известно, какое значительное место занял в научно-исследовательской работе микроскоп. Им пользуются биологи, физики, химики, минералоги. Благодаря ему удалось открыть и изучить различные виды бактерий и микробов, разгадать строение и свойства различных веществ.

Современный оптический микроскоп может дать увеличение наблюдаемого объекта в 2000 раз, а с помощью ультрафиолетовых лучей — в 3000 раз. Это предел для оптических микроскопов. Но существует также электронный микроскоп, позволяющий перешагнуть этот порог. В нем «освещение» объекта производится потоком электронов. Это дает возможность рассмотреть более мелкие детали. В электронном микроскопе увеличенное изображение исследователь видит на экране электронно-лучевой трубки, подобной тем, которые применяются в телевидении и радиолокации.

Современные электронные микроскопы дают увеличение в 30 тысяч раз, а с последующим фотоувеличением до 100–200 тысяч раз. Такое увеличение позволяет рассматривать внутреннее строение бактерий и вирусов, молекулы сложных химических соединений и т. д. Наблюдая в электронный микроскоп живые ткани, можно видеть действие различных лекарств на бактерии. Это позволяет разрабатывать эффективные средства борьбы с болезнями[7].

Недавно появилось сообщение о создании нового, еще более замечательного прибора — электронного проектора. Этот прибор дает увеличение в 1–2 миллиона раз и позволяет отчетливо видеть строение кристаллической решетки металлов. Если с помощью этого прибора исследуется газ, то можно достигнуть увеличения в 10 миллионов раз и рассмотреть не только молекулы, но и расположение отдельных атомов! При помощи нового прибора впервые удалось рассмотреть атомы бария.

Для наблюдения за ходом различных физических процессов, а также для работы астрономов необходимы приборы, точно отсчитывающие время. Сейчас с помощью радиоэлектронных часов, в которых используются некоторые свойства кварцевых пластинок, удается измерять время с погрешностью, не превышающей одной десятитысячной доли секунды. За 32 года подобные «кварцевые часы» «отстают» или «уходят» не больше чем на одну секунду[8].

Несколько лет ведутся работы и по созданию так называемых «атомных часов». В этих часах используется явление, открытое радиоспектроскопией: при прохождении электромагнитных волн через газ поглощение радиоволн происходит на строго определенной частоте. Ни изменение температуры, ни другие воздействия не могут «сбить» эти часы. За 300 лет такие часы могут уйти вперед или отстать не более чем на одну секунду!

Радиоэлектронные приборы позволили физикам измерять ничтожные изменения линейных размеров тел. Для этой цели были созданы радиомикрометры. Одна из основных деталей радиомикрометра — конденсатор колебательного контура. Его емкость, как емкость любого конденсатора, зависит от расстояния между пластинами. А от емкости, как мы уже говорили, в свою очередь, зависит частота колебательного контура. Если одну из пластин соединить с предметом, длина которого изменяется, а другую закрепить неподвижно, то по отклонению частоты контура можно судить об изменении длины.

С помощью радиомикрометра, способного реагировать на ничтожно малые изменения размеров тел, изучают явления нагревания, намагничения и другие процессы. Современные электронные микрометры могут обнаруживать смещения в одну миллиардную долю миллиметра!

Для целого ряда физических исследований очень важно производить регулирование температуры с большой точностью. А для этого нужны точные измерители температуры. Электронные схемы измерения и регулирования температуры позволяют поддерживать ее постоянство с точностью свыше одной тысячной доли градуса.

Огромную помощь оказывают электронные приборы ученым, изучающим условия работы различных машин и механизмов. Здесь важно знать, какие механические усилия испытывают те или иные детали или узлы. Чтобы измерять усилия, к деталям и узлам пристраивают чувствительные устройства — «датчики», которые под действием механических усилий вырабатывают электрические сигналы. Чем большее усилие испытывает датчик, тем большей силы импульсы вырабатывает он. Импульсы от датчиков усиливаются ламповыми усилителями и подаются на стрелочные приборы.

Развитие радиоэлектронной техники явилось базой для создания приборов, использующих не радиоволны, а неслышимые звуки — ультразвуки[9]. В этих приборах радиоэлектронные схемы применяются для создания ультразвуковых волн.

В настоящее время с помощью ультразвуков определяют глубины морей, очищают и полируют поверхности металлических изделий, ускоряют химические реакции, затачивают резцы из сверхтвердых сплавов, режут листы металла и стекла и даже стирают белье. Большое значение имеют ультразвуковые дефектоскопы, впервые разработанные советским ученым С. Я. Соколовым. С помощью этих приборов можно в массивных металлических изделиях обнаружить мельчайшие дефекты: трещины, раковины, посторонние тела[10].

Наиболее ценен вклад радиоэлектроники в ядерную физику — науку, изучающую строение атомного ядра. Для исследований в этой области были созданы мощные физические установки — ускорители элементарных частиц (электронов, протонов и др.). При помощи ускорителей ученые осуществляют «стрельбу» по ядрам атомов различных веществ. Это позволяет расщеплять атомы, выделять огромную энергию, получать новые вещества.