May 16th, 2011

От ламп к транзисторам

Эволюция ламповой радиоэлектроники в транзисторную

 

       После второй мировой войны электронные приборы получили массовое распространение, их номенклатура расширилась от усилительных и генераторных радиоламп разных типов и характеристик до электроннолучевых трубок разных размеров и очень чувствительных фотоэлектронных приборов. К этому времени ламповая техника достигла своего совершенства, если судить по появлению сверхминиатюрных и сверхэкономичных радиоламп. В частности, на свехминиатюрных радиолампах в США фирмой Emerson в 1953 году под маркой Emerson 747 удалось создать карманный приемник. Не смотря на небольшие размеры это был полностью ламповый приемник, выполненный по супергетеродинной схеме на 4 лампах, которые требовали анодной батареи в 45В и накальной батареи 1,5В. Однако этот приемник, имеющий отличные характеристики по чувствительности и избирательности долго не просуществовал и ему на смену вскоре пришел Emerson 838. Появление первых транзисторов позволило американской фирме  наряду с лампами в этой модели на выходе усилителя низкой частоты применить два транзистора. Отсюда и новое название этого приемника «Transistor-2», хотя схема его практически ничем кроме выходного каскада не отличалась, от своего предшественника. Исторически первым приемником, в котором полупроводник заменил электронную лампу, был изобретенный в 1922г. сотрудником Нижегородской лаборатории О.В. Лосевым радиоприемник, известный под названием «кристадин». Однако недостаточное теоретическое и экспериментальное изучение свойств полупроводников в то время не позволило этому изобретению оказать заметное влияние  на развитие радиоэлектроники. Только изобретение в США точечного германиевого транзистора в 1948 г., способного заменить электронную лампу, привело к  широкому проникновению полупроводников в радиоэлектронику.  По данным американской печати уже в 1954 году из 360000 слуховых аппаратов только 25000 использовало электронные лампы. Появление первых высокочастотных точечных транзисторов позволило выпустить в США в 1954 году первый в мире полностью транзисторный приемник REGENCY TR-1, для питания которого использовалась одна батарея на 22,5В. Это яркий пример научно технического прогресса, когда даже несовершенное новое (точечные транзисторы с высоким напряжением питания) постепенно вытесняет даже самое совершенное старое (сверхминиатюрные экономичные радиолампы).

 

Первые транзисторы в СССР

Первые промышленные разработки полупроводниковых приборов в СССР относятся к 1947 году, когда в НИИ «ИСТОК» были внедрены в производство СВЧ диоды для радиолокационных систем сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Эти работы были проведены под руководством А.В. Красилова. Первая публикация в СССР 1948 года под названием «Кристаллический триод» также принадлежит  А.В. Красилову. Он же в 1949г. Совместно с Г. Мадоян создает первый в СССР макетный образец действующего транзистора. 14 сентября 2010 года на  ФГПУ «Пульсар» отмечалось столетие со дня рождения Красилова А.В.- создателя первых отечественных транзисторов, д.т.н., лауреата Сталинской премии, заслуженного деятеля науки Российской Федерации.

Первыми транзисторами выпущенными отечественной промышленностью в НИИ "ИСТОК"(НИИ-160). были точечные триоды КС1, КС2, КС3, КС4, КС5, КС5, КС6, КС7, и КС8. Первые шесть типов предназначались для использования в усилительных схемах на частотах не выше 5 МГц два последних типа были предназначены для генерирования колебаний до 1,5МГц(КС7) и до 5МГц(КС8). Вскоре триоды типа КС были сняты с производства и заменены новой модификацией более высокочастотных (до10 МГц) точечных триодов С1 (усилительные триоды) и С2 (генераторные триоды) и их варианты в герметичных корпусах С3 и С4. По этому поводу вот что пишет  А. Нитусов в статье  "Транзисторная история" ( PC Week/RE №41 (599)  2007).  "В начале 1950-х в НИИ-160 Ф. А. Щиголь и Н. Н. Спиро ежедневно выпускали десятки точечных транзисторов типа С1—С4...». Первыми промышленными типами плоскостных триодов являлись сплавные германиевые триоды типа П1,  П2 и П3, выпуск которых начался с 1955г. (первые варианты этих триодов имели маркировку КСВ-1, КСВ-2 и КСВ-3). Вскоре на смену этих транзисторов пришли мощные транзисторы П4 и миниатюрные транзисторы П5. Максимально допустимый ток коллектора для триодов П4 составлял 5А. А транзисторы П5 отличались низким коэффициентом шумов, допускающих их использование во входных каскадах высокочувствительных усилителей низкой частоты, например слуховых аппаратах. Более совершенным транзистором можно считать появившийся в то время плоскостной триод П6, который выпускался по технологии с применением точечной и кольцевой сварки, заменившей пайку. Такое усовершенствование обеспечивало высокую устойчивость к механическим нагрузкам. Срок службы триодов П6 возрос до 5000ч, а максимальная рабочая температура до +100°С.  В дальнейшем модификация триодов П6 получила наименование П13,П14 и П15. Наряду с этими триодами типа p-n-p был освоен выпуск симметричных по отношению к триодам П13-П15 германиевых n-p-n триодов П8,П9 и П11. Наряду с германиевыми был освоен выпуск кремниевых n-p-n транзисторов П101, П102, П103, П104, П105 и П106. Эти триоды предназначены для работы при температуре до 125°С. Наиболее высокочастотными транзисторами (30-120МГц) освоенными советской промышленностью к середине 50х годов явились германиевые дрейфовые транзисторы П401, П402 и П403. В 1957г. советская промышленность выпустила 2,7 млн. транзисторов. Начавшееся создание и развитие ракетной и космической техники, а затем и вычислительных машин, а также потребности приборостроения и других отраслей экономики полностью удовлетворялись транзисторами и другими электронными компонентами отечественного производства. Расширение производства в СССР транзисторов было настолько стремительным, что мне в то время юному радиолюбителю  удалось в магазине «Культовары» купить триод П6Г в 1957г., а в 1958 высокочастотный П402. Может быть, поэтому первый советский транзисторный приемник Воронежского радиозавода "Спутник", выпущенный в 1957г. и названный так в честь первого в мире советского искусственного спутника земли и был собран на добротных транзисторах. Если к этому добавить, что в нем впервые была применена солнечная батарея для зарядки аккумуляторов, то мы в этой области тогда были впереди планеты всей. Не случайно на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году золотую медаль получает не только первый в мире ламповый приемник с дистанционным пультом управления "Фестиваль" (Рижский завод им. А.С.Попова), но первый в мире транзисторный приемник с солнечной батареей "Спутник" (Воронежский радиозавод). Полупроводниковая электроника хотя и медленно, но набирает обороты. Транзисторы становятся непременной частью радиоэлектронных систем, разрабатываемых как у нас в стране, так и за рубежом. В частности, в 1958 году в декабре Sony Corporation была включена в список токийской фондовой биржи. Это было рождением всемирно известного брэнда транзисторной радиоэлектроники.

Подведем некоторые итоги. Во-первых, следует констатировать, что первый советский транзистор был создан в 1949 году группой ученых под руководством Красилова А.В.

На конференции в июне 2009г. "60 лет отечественному транзистору", проведенной в ФГУП "НПП "Пульсар", этот факт был подтвержден живыми свидетелями и участниками тех событий Феликсом Анатольевичем Щиголем и Сусанной Гукасовной Мадоян,  присутствовавшими на конференции. Во-вторых, первые точечные транзисторы не получили своего развития, хотя и выпускались как в СССР, так и в других странах. И  в-третьих, хотя к середине 50 годов выпуск транзисторов в мире достиг миллионных тиражей, тем не менее в радиотехнике главенствовали радиолампы. Но первые лампово-транзисторные разработки уже входили в жизнь.

 

Лампово-транзисторный автомобильный приемник

В качестве примера эволюции ламп в транзисторы приведем приемник высшего класса АПВ-60, выпускавшийся в начале 60х на Рижском радиозаводе им. А.С. Попова. В нем транзисторы были применены только в УНЧ и преобразователе напряжения. В высокочастотной части приемника использовалось 9 пальчиковых радиоламп. Уникальность этого приемника состояла в том, что он в миниатюре представлял знаменитый ламповый "Фестиваль" того же завода и мог дистанционно управляться с помощью пульта. Устанавливался этот приемник в советские лимузины "Чайка" и ЗИЛ 111.

 

Лампово-транзисторные батарейные приемники

Появление первых советских транзисторов позволило модернизировать и обеспечить большую экономичность уже выпускавшихся ранее батарейных радиоприемников. К их числу следует отнести такие широко распространенные особенно в сельской местности трех диапазонные приемники "Родина-58", "Родина-59" и "Родина-59У" и двух диапазонные "Уралец". Во всех этих моделях транзисторы используются только в усилителе низкой частоты и преобразователе напряжения. Высокочастотная часть выполнена на батарейных лампах одно вольтовой серии. Однако уже радиоприемники "Родина-60" и "Родина-60М1" были собраны полностью на десяти транзисторах и также были трех диапазонными (СВ, ДВ, и три КВ). Причем по паспортным данным чувствительность этих приемников на длинных и средних волнах составляла 30мкВ, а на коротких 20 мкВ.

 

Научно-технические достижения в СССР в первую очередь служили обороне страны

Конец 50-х, начало 60-х: разгар холодной войны. И, как и в годы Великой Отечественной, в нашей стране действует лозунг – все лучшее для Советской армии. Возникает вопрос, а что тогда для армии было лучше лампы или транзисторы. Факты говорят о том, что советские транзисторы для построения некоторых типов радиоприемников уже тогда были лучше ламп. И вот пример, подтверждающий сказанное. В конце 50-х годов на двух разных радиозаводах в СССР внедряются в серийное производство два радиоприемника. Оба высшего класса, трансляционных, всеволновых. Один ВРП-60 – армейский, а другой «Казахстан» - гражданский. В обоих барабанные переключатели диапазонов, но первый для армии на 16 транзисторах, а второй на 14 лампах для радиоузлов городов и сел. Есть некоторое преимущество у «Казахстана», массовый выпуск которого начался в 1963 году. У него есть УКВ диапазон и на коротких волнах он принимает станции от 3 до 18 МГц, в то время как ВРП-60 от 3 до 16МГц. Но зато ВРП-60 питается от аккумулятора и сохраняет работоспособность от -30 до +50 градусов. Чувствительность и избирательность у обоих приемников практически одинаковая.

 

Радиолампы начали впаивать, транзисторы ставить в панельки

Противостояние между лампами и транзисторами особенно усилилось к концу 50-х. годов. Появление ядерного оружия требовало от разработчиков радиоаппаратуры нового качества - радиационной стойкости разрабатываемых изделий . Этим качеством в то время полупроводники не обладали. Кроме того, установка радиотехнического оборудования в реактивные самолеты и межконтинентальные ракеты, в которых аппаратура подвергалась огромным перегрузкам требовала особой надежности электронных компонент. И в том и другом случае на первое место в то время выходили радиолампы. Только это были особые лампы созданные на Новосибирском НПП "Восток". Это предприятие возникло в 1941 году, когда знаменитый Ленинградский завод "Светлана" был эвакуирован за Урал.  Таких ламп не было создано нигде в мире. Это стержневые радиолампы. Автором идеи использования вместо витых сеток стержневых электродов был Авдеев Валентин Николаевич, имя которого сейчас мало кому известно. Надежность таких ламп превышала 5000 часов. По высокочастотным возможностям они превосходили транзисторы тех лет. Обладали удивительной экономичностью и как показывает американский автор в своей статье по сравнению с американскими миниатюрными лампами обладают заметно более высокими характеристиками. Эти лампы не устанавливались в панельки при монтаже, а впаивались как резисторы и конденсаторы на платы радиоаппаратуры. Транзисторы же тех лет, как это можно видеть и в приемнике «Гауя» или «Спидола» устанавливались в панельки. Хочу добавить на первом в мире советском искусственном спутнике Земли, запущенном 4 октября 1957 года, передатчик был собран на стержневых радиолампах.

 

Лампово-транзисторные радиостанции

Хочу привести еще один пример из 50-х годов использования и ламп, надежных, экономичных, миниатюрных и транзисторов также уже ставших достойными военной приемки. Я веду речь о радиостанции Р-855У, работающей на фиксированной частоте 121,5 МГц. Это компактная пыле влагонепроницаемая рация собрана на 4 экономичных лампах стержневой серии и пяти плоскостных германиевых транзисторах. Три лампы используются в кварцованном передатчике и одна лампа в сверхрегенеративном приемнике. Транзисторы применены в усилителе низкой частоты в режиме приема , который в режиме передачи превращается в модулятор.
Радиостанция очень надежна, проста в управлении и использовалась в спасательном комплекте летчиков и космонавтов. В частности, на одном из стендов павильона Космос на ВДНХ был выложен такой комплект первого советского космонавта Юрия Гагарина, совершившего свой легендарный полет в космос 12 апреля 1961 года. С 1959 года эти радиостанции производятся до настоящего времени в Оршанском радиозаводе Лёс (бывший "Красный Октябрь"). У этих радиостанций было множество названий, но самые распространенные в 60 е годы Р-855У, ПРИБОЙ -1У, Р-855УМ (для системы "КОМАР-2М"), ПРИБОЙ-1УМ, в 80-е годы ЮР-35, а в настоящее время Р-855А1 "АВАРИЯ-1"(см. фото). Начав производство с лампово-транзисторных радиостанций сейчас рации полностью выполнены на микросхемах и работают одновременно на двух частотах 121,5 МГц и 243 МГц. Появление радиостанции Р-855У в СССР я связываю с созданием при Оршанском радиозаводе "Красный Октябрь" специального КБ в 1959 году, где и была разработана первая спасательная радиостанция. О космическом профиле радиоаппаратуры КБ говорит тот факт, что оно участвовало и в программе космического челнока БУРАН. Что характерно, Ярославский радиозавод специализирующийся на спасательной аппаратуре, выставляя на продажу в том числе и Р-855А1 - уважительно отмечает, что это разработка Республики Беларусь. На одном из сайтов Республики Белорусь выложена история Оршанского радиозавода "Красный Октябрь" (теперь Лёс). Так вот дата разработки Р-855УМ 1967г.

Быстрое перевоплощение радиостанции "НЕДРА" из ламповой в транзисторную

О том, как быстро в СССР шел переход с ламповой аппаратуры на транзисторную, можно судить по эволюции однополосной радиостанции для геологов "Недра". В 1961 году в №1 журнала "Радио" появляется описание новинки "Недра1" на 15 самых надежных и экономичных стержневых лампах, но уже в1964 году в той же утолщенной телефонной трубке серийно выпускается "Недра П" на 16 транзисторах. Технические характеристики те же, но экономичность транзисторного варианта особенно в режиме приема существенно возросла.

 

Трудный переход от Р-105Д, Р-108Д, Р-109Д к Р105М, Р-108М, Р-109М

Как известно в начале 50х годов для обеспечения связи при управления войсками широко стали применяться переносные ультракоротковолновые радиостанции типа Р-105Д, Р-108Д и Р109Д. Они были выполнены полностью на очень надежных лампах 2Ж27Л, 4Ж1Л и 4П1Л. Но уже в середине 50х появляются как стержневые более экономичные лампы, так и транзисторы. Начинается модернизация данных радиостанций.. Однако в отличие от радиостанции "Недра-1", которая была полностью переделана в транзисторную "Недра-П" В этих радиостанциях наблюдается постепенный переход на использование стержневых ламп и частично транзисторов. Так появились Р-105М, Р-108М и Р109М, которые в первоначальном варианте были собраны на лампах 1Ж17Б, 1Ж18Б, 1Ж29Б и 1П24Б и только на трех германиевых транзисторах: П13Б использовался в микрофонном усилителе и два П4Д в преобразователе напряжения. Но даже такая модернизация при сохранении всех основных параметров радиостанций (мощность передатчика, чувствительность приемника) заметно снижала потребление тока от аккумулятора. При работе на передачу раньше ток потребления был 3А теперь 2А. В режиме приема раньше 1,6А теперь 0,8А. В дальнейшем модернизация радиостанций продолжалась. В частности, транзисторы стали использоваться в двухкаскадном УНЧ и кварцевом калибраторе. В целом же построение радиостанций оставалось длительное время неизменным.

 

Радиолюбительский вклад в освоение первых советских полупроводниковых приборов

Начну с моих детских воспоминаний о первом моем знакомстве с карманным транзисторным приемником. Это было на представлении в цирке. В середине 50-х годов. Выступал всемирно известный иллюзионист КИО. Он вышел на сцену и достал из кармана коробочку, на верхней крышке которой хорошо была видна эмблема в то время популярных папирос «Казбек». Рядом оказался также известнейший тогда клоун «Карандаш», который попросил у КИО закурить и вот когда «Карандаш» уже протянул руку, чтобы взять папироску из коробки вдруг послышалась громкая музыка, а затем и голос диктора Всесоюзного радио. В руках у КИО был миниатюрный приемник. Это вызвало восторг зрителей и бурю аплодисментов, ведь тогда это было фокусом, иллюзией и даже чудом, так как никто не мог представить, что радиоприемник может быть таким маленьким. Потом я как не старался, не мог отыскать описание такого приемника с таким названием. Видимо, это была радиолюбительская конструкция, изготовленная специально для КИО и использованная в данной репризе. Надо сказать, что радиолюбители с появлением первых транзисторов активно подключились к их творческому использованию. В то время проводились регулярно радио выставки. Своего рода смотры творческих успехов радиолюбителей. Проводились и конкурсы журнала «Радио». Первое упоминание о кристаллических триодах в журнале «Радио» появилось в 1949 году, первые же радиолюбительские конструкции на полупроводниковых триодах были опубликованы лишь в середине 50-х. Хотел бы отметить, что первым опубликованным транзисторным приемником, и была конструкция на шасси «Москвича», в которой использовались плоскостные транзисторы П1, П2 и только один точечный триод С2 (в гетеродине).

 

О переделке ламповых приемников в транзисторные

С появлением первых советских транзисторов среди радиолюбителей СССР возникло целое движение за усовершенствование имевшихся у них ламповых радиоприемников. Это давало возможность подключать приемник к батарейным источникам питания с низким напряжением. Переделка ламповых приемников достигалось установкой вместо ламп в панельки приемника некого функционального транзисторного аналога. Как правило, заменяли лампу двумя транзисторами в каскодном включении.

 

  Первый СВЧ транзистор в приемнике для "Охоты на лис"

В начале 60-х годов я увлекся спортивной радиопеленгацией или, проще говоря «Охотой на лис». Как известно, соревнования по радиопеленгации тогда проводились на трех диапазонах 3,5МГц, 28МГц и 144 МГц. Если на первых двух диапазонах уже применялись транзисторы в радиопеленгаторах, то на 144 МГц практически все спортсмены применяли батарейные лампы в том числе стержневые. Я тогда учился в Новосибирске, и практику проходил на п/я 83, который теперь известен, как завод «Электросигнал». Этот завод был эвакуирован из Воронежа в 1941 году и в том же году начал выпускать боевые радиостанции для фронта. Именно на этом заводе один из разработчиков спецтехники подарил мне по тем временам уникальный советский СВЧ транзистор П411(работает до 400МГц). Но как на одном транзисторе собрать качественный приемник для «Охоты на лис»?
Сначала собрал сверхрегенератор. Не понравилось, так как требовалось подстраивать режим сверхрегенерации при перестройке приемника. И тогда решил все-таки применить супергетеродин. На входе транзистор П411 - смеситель, а гетеродин на более распространенном триоде П403, так как он работал на 30 МГц ниже несущей в пределах его максимальной частоты генерации (120МГц), далее усилитель промежуточной частоты на 30 МГц также на П403 и вот уже потом сверхрегенеративный детектор на П403. Изготовленный приемник можно назвать супер сверхрегенератором. Он имел высокую чувствительность, хорошую избирательность. Небольшой по размерам, он крепился вместе с аккумулятором непосредственно на антенну «волновой канал». Может быть благодаря моему приемнику, мне удалось выиграть призовое место на республиканских соревнованиях (среди юношей) в диапазоне 144МГц, но главное, этот приемник понравился Анатолию Ивановичу Гречихину, чемпиону Европы по радиопеленгации. Я тогда его впервые увидел на соревнованиях. Его ламповая аппаратура с батареями укреплялась за спиной, была громоздкой и тяжелой. Но это никоим образом не сказывалось на очень высоких его спортивных результатах.
В этом году Новосибирский завод «Электросигнал», известный всем любителям ретро радиотехники «Востоками», «Факелами», «Арфами» и «Изумрудами» будет отмечать свое семидесятилетие.