Простейший полупроводниковый выпрямитель был широко распространен еще лет 30— 40 назад, на заре радиовещания. Речь идет о детекторе — сердце детекторного радиоприемника (рис. 13). Кристаллик детектора преобразовывал быстропеременные электрические колебания, пойманные антенной, в пульсирующие постоянные токи, которые в наушниках рождали звук.
Конечно, в те времена детекторы работали не очень хорошо. Включая приемник, приходилось проволочкой нащупывать на кристалле место с хорошим запирающим слоем — «чувствительную точку», которая то и дело сбивалась. Многие изобретатели старались улучшить детектор. Занимался этим и сотрудник Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосев. Сочетая в схеме два детектора, он научился слегка усиливать радиосигналы и возбуждать электрические колебания. Радиоприемники Лосева — «кристадины» — долгое время были популярны. Но потом, когда детекторы уступили место радиолампам, о кристадинах забыли.
Несколько десятилетий радиолампы безраздельно господствовали в радиотехнике. Осваивая и совершенствуя их, радиотехника добилась огромных успехов. С участием радиоламп развились радиовещание, телевидение, радиолокация, автоматика, телемеханика. Появилась новая обширная область технической физики— электроника.
Но постепенно становилось ясно, что радиолампы далеко не безупречны. Хрупкие, недолговечные, неэкономичные, они все меньше удовлетворяли конструкторов. И тогда вспомнили о полупроводниковом детекторе. Возникла идея заменить стеклянный пузырь радиолампы твердым полупроводниковым камешком.
Немало усилий потратила наука, чтобы «научить» детектор новым «профессиям». Надо было создать сочетание полупроводниковых кристаллов, способное не только выпрямлять токи, но и в широких пределах усиливать и возбуждать электрические колебания. В 1948 г. проблема была решена. Американцы Бардин и Браттейн создали первый полупроводниковый усилительный прибор.
В послевоенные годы у радиолампы появился сильный соперник — полупроводниковые (кристаллические) приборы. Они успешно вытесняют радиолампу даже из таких, казалось бы, прочно завоеванных ею областей применения, как радиоприемники и телевизоры.
Первые кристаллические приборы — кристаллические детекторы — появились в начале 20-х годов. Во время второй мировой войны они широко применялись в приемниках радиолокационных станций для детектирования и выпрямления сигналов. С тех пор сфера применения кристаллических электронных устройств непрерывно расширяется.
Для изготовления таких приборов используют химические материалы, электрические свойства которых ставят эти материалы в промежуточное положение между проводниками и изоляторами. Эти вещества называют полупроводниками. Применяя их, удалось создать полупроводниковые триоды (транзисторы), в которых, как и в электронной лампе, можно управлять электронным потоком. Используя транзисторы, научились генерировать, усиливать и преобразовывать высокочастотные сигналы.
По сравнению с электронной лампой транзисторы обладают рядом преимуществ. У них очень небольшие размеры. Им не нужен дополнительный источник тока для нагрева нити; поэтому они практически не нагреваются. Транзистор потребляет значительно меньше энергии. Он более надежен в работе, меньше боится ударов, тряски, воздействия влаги. Срок службы полупроводниковых приборов исчисляется десятками тысяч часов, тогда как обычные вакуумные усилительные лампы могут работать не более 3 тыс. часов.
Эти свойства полупроводниковых приборов оказались особенно ценными в тех электронных устройствах, для которых важны небольшие размеры, экономичность и высокая надежность: в электронно-счетных машинах, в оборудовании космических ракет и спутников Земли, в разнообразном военном радиооборудовании.
Устройства на полупроводниках поражают своими малыми размерами. Электронно-счетные аппараты, которые раньше занимали целые залы, уменьшились до габаритов шкафа. Сложный радиолокатор, едва размещавшийся на линкоре, теперь может быть установлен на самолете. Радиоприемник, работающий на транзисторах, можно скомпоновать в обычном портсигаре.
Но и это далеко не предел. Уже появились в продаже советские самые маленькие в мире, меньше спичечной коробки, приемники на микропленках.
С развитием обычных усилительных радиоламп их размеры непрерывно уменьшались. Вместо старых радиоламп с большим пластмассовым цоколем (в нем расположены штыри для крепления лампы на панели) появились пальчиковые лампы. В диаметре такая лампа действительно не толще пальца, а длиной в 2—3 раза меньше. Вслед за пальчиковыми конструкторы создали сверхминиатюрные лампы — не толще карандаша.Качество радиоламп, разумеется, при этом не снизилось. Созданы и совсем крошечные лампы — чуть больше рисового зерна. Это, как правило, диоды или триоды. По размерам они успешно соперничают с кристаллическими приборами, но из-за малой практичности применяются редко.На радиотрансляционных узлах и передающих вещательных станциях применяются мощные генераторные радиолампы высотой почти в человеческий рост . На их анодах выделяется такая огромная мощность, что нужно применять водяное охлаждение.
Но если обычные триоды, пентоды и т. д. в процессе усовершенствования сохранили все свои особенности и свойства, то с переходом на все более короткие волны потребовались лампы принципиально нового типа.
Мы говорили, что при усилении длинных, средних и коротких волн электронную лампу можно было считать безынерционным прибором. Она мгновенно реагирует на все изменения тока, как бы часто они ни происходили.
В современных приемниках роль усилителя играют радиолампы. Но так было не всегда. Для приема близких и мощных радиостанций можно построить приемник и без усилительных ламп. Если во входном контуре развиваются достаточно мощные электрические колебания, то, выпрямив этот высокочастотный переменный ток и включив в его цепь телефон, можно услышать радиопередачу. Так и работали первые приемники. Электрические колебания контура пропускались через детектор — кристалл сернистого свинца — галенита. Этот кристалл выпрямляет переменный электрический ток.
Детектор был очень капризен. Чтобы он начал работать, нужно было тонкой, заостренной на конце проволочкой найти на кристалле точку, в которой он обладает наибольшей чувствительностью. Точку приходилось каждый раз искать заново.
В 1883 г. знаменитый американский изобретатель Томас Альва Эдисон экспериментировал с пустотной лампой накаливания — прообразом обычной электрической лампочки. В то время такие лампы еще не наполнялись инертным газом. Чтобы предотвратить перегорание нити накала, из них откачивали воздух до возможно большой степени разряжения.
В одном из опытов в стеклянный баллон лампы была впаяна, кроме нити накала, металлическая пластинка. Совершенно случайно подключив положительный полюс батареи к пластинке, а отрицательный — к нити накала, Эдисон заметил, что через пространство между нитью и пластинкой течет электрический ток. Неожиданное открытие взволновало и заинтересовало Эдисона, но объяснить его физическую сущность и применить на практике он так и не смог.