Страница:
Между тем политика Форда имела совершенно противоположное направление. С самого начала он старался доказать, что автомобиль не роскошь, а необходимый предмет в обиходе современного человека. Чтобы сделать автомашину доступной самым широким слоям общества, он то и дело снижал цены на свои «форды», отказываясь от сиюминутной сверхприбыли, ради расширения сбыта. Он не хотел гнаться за модой и не желал выпускать новых моделей, так как считал, что лучше завоевать доверие покупателей беспрерывно совершенствуя одну и ту же модель. Он считал также, что коммерческий успех той или иной модели зависит в первую очередь не от внешнего вида автомобиля, а от того, насколько прочна и долговечна каждая его деталь и насколько всеобъемлющим окажется сервисное обслуживание фирмы-производителя. В то время большинство фабрикантов после продажи автомобиля прекращали всякие дела с покупателем и были даже несколько заинтересованы в том, чтобы автомобиль, проданный ими, быстрее испортился. Форд ни в коей мере не придерживался таких взглядов и уделял большое внимание созданию сети ремонтных мастерских, производству запчастей и техническому обслуживанию уже реализованных машин. Всякий покупатель его автомобиля имел право на ряд услуг со стороны компании в отношении ремонта и помощи в эксплуатации.
Впрочем, Форду не сразу удалось воплотить свои планы в жизнь. Несколько лет, как уже говорилось, он не был полновластным хозяином предприятия. Совершенной модели автомобиля, на производстве которой можно было бы сосредоточить все свои усилия, тоже пока не было. Только получив в свои руки контрольный пакет, Форд смог развернуться во всю ширь. В 1908 году была разработана конструкция недорогого, но очень надежного автомобиля, получившего наименование модели "Т". Она не содержала ни одного нового узла, который в том или ином виде не был бы уже опробован в какой-нибудь из предыдущих моделей. Новым являлся лишь материал, из которого была сделана большая часть деталей машины, — ванадиевая сталь, обладавшая удивительной легкостью и вместе с тем замечательной прочностью. Этот автомобиль сделал Форда миллионером, знаменитостью и одним из королей американской промышленности.
Создав свой совершенный автомобиль, Форд решил отныне не заниматься его модернизацией, а сосредоточиться на массовом выпуске этой единственной модели. Его планы вызвали переполох как среди акционеров, так и среди агентов по продаже. Все в один голос говорили, что рынок требует разнообразия, и единая модель оттолкнет значительную часть покупателей. На это Форд уверенно возражал, что 95% покупателей сами не знают, чего они хотят, и если им внушить доверие к новой марке, они не станут предъявлять особых претензий. Он потратил огромные деньги на рекламу, наводнив все газеты объявлениями, в которых доказывалось, что модель "Т" отвечает всем требованиям, какие только можно предъявить к совершенному автомобилю. Он постоянно подчеркивал, что его машина — не для богатых, что она предназначена для «среднего» американца, что это «семейная», «народная» машина и т.п. Все это были совершенно новые приемы в автомобильном бизнесе. До этого никто не верил, что можно изготовить недорогой, но хороший автомобиль и что вообще можно найти покупателей для автомобиля в широких кругах городской и деревенской буржуазии.
Форд первым доказал, что все это возможно. Его портативный, простой и дешевый автомобиль, доступный любому среднему американцу, как нельзя лучше отвечал требованиям времени. К 1910 году было продано уже 10 тысяч «фордов Т», а в 1911-1912 годах — 34 тысячи. Производство стремительно набирало обороты. Форд купил в пригороде Детройта, в Хайленд-Парке, большой участок земли и начал здесь постройку огромного завода, рассчитанного на выпуск уже не тысяч, а миллионов автомобилей. Это был совершенно новый тип массового поточного производства, ранее в таких масштабах никогда и нигде не применявшийся. Именно Форд впервые сделал конвейер главной осью сборочного процесса и совершенно по-новому разработал систему разложения сложных трудоемких процессов на составные части. Он же первый осуществил идею максимально дешевого, но массового автомобиля. Это были три кита, на которых основывалось невиданное процветание его предприятия.
Сила Форда заключалась в организации труда. Все процессы на его предприятиях, от отливки деталей до завинчивания ничтожной гайки, были рационализированы с таким совершенством, какого до него никто и никогда не достигал. Производственный поток двигался от источников сырья к готовой машине, нигде не поворачивая назад. Первоначально на заводе в Хайленд-Парке сборка автомобилей производилась при помощи рабочих бригад, которые передвигались по цеху с ручными тележками и подвозили к каждому автомобилю соответствующие части для сборки. Сборочные бригады переходили от одного автомобиля к другому и таким путем собирали весь автомобиль от начала до конца.
В усовершенствованной системе Форд оставил рабочих неподвижными, а материалы стал провозить мимо них вручную. Вскоре была устроена короткая линия для окончательной сборки машин, где части перемещались мимо рабочих с помощью механической силы. Эта система по мере дальнейшего усовершенствования превратилась в конвейер. Впервые опыт со сборочным путем был произведен в апреле 1913 года на сборке магнето. До этого один рабочий в течение девяти часов рабочего дня мог собрать от 35 до 40 магнето, то есть затрачивал на каждое около 20 минут. После введения конвейера время, затрачиваемое на сборку одного магнето, сократилось до 13 минут. Несколько дней Форд простоял возле работающего конвейера, наблюдая за каждым движением рабочих. Он заметил, что сборщикам приходится нагибаться во время работы из-за того, что конвейер располагается слишком низко. Он остановил производство и велел поднять конвейер на 8 дюймов. После этого время сборки одного магнето сократилось до 7 минут. Новые усовершенствования довели его до 5 минут. Не затрачивая средств на новые машины или материалы, одним только разложением процесса сборки на 45 простейших операций и передвижением материала мимо стоявших в достаточно удобной позе и неподвижных рабочих Форд добился поразительных результатов, увеличив производительность труда почти в 4 раза.
Вскоре конвейер был применен при сборке шасси. По старому способу сборка одного шасси требовала 12 часов 8 минут. Когда попробовали разбить ее на несколько простых операций и устроили примитивный конвейер (с помощью каната и ворота шасси тянули мимо линии рабочих) сборка сократилась до 5 часов 50 минут. Форд продолжал совершенствовать конвейер. Приноравливаясь к среднему росту рабочих, он попробовал прокладывать сборные пути на разной высоте. Его инженеры трудились над раздроблением всех сложных процессов на составные части. Каждый рабочий должен был делать все меньше и меньше разнообразных движений руками. В результате всех этих усовершенствований время сборки одного шасси сократилось до 1 часа 33 минут. При этом процесс разделения труда был доведен буквально до предела: если один рабочий вгонял болт, то гайку ставил другой, а завинчивал ее третий.
Рабочий в фордовском производстве превратился в настоящий придаток машины. На конвейере во время работы он не мог сделать лишнего шага или движения. Инструменты его должны были располагаться так, чтобы ему не приходилось искать их или наклоняться за ними. Ритм сборки воздействовал сильнее самых свирепых надсмотрщиков. Благодаря ему Форд добивался максимальных темпов, каких только можно было достичь без ущерба для качества работы.
Однако, несмотря на это, безработные со всей Америки стремились попасть к Форду, привлеченные высокой заработной платой. Поскольку производственный процесс разбивался на простейшие операции, Форд почти не нуждался в квалифицированных рабочих. Он охотно принимал к себе людей совершенно неквалифицированных, невежественных, даже калек. Уже в 1915 году, едва ли не первым из крупных промышленников, Форд ввел 5-дневную рабочую неделю и сократил рабочий день до 8 часов. Впрочем, интенсивность труда на его предприятиях была такой высокой, что стоила 10 часов работы на любом другом заводе. Каждая секунда требовала полнейшей самоотдачи. Семь часов рабочий бесчисленное количество раз повторял одно и то же движение. Разговаривать, курить или садиться во время работы строго запрещалось. Если кому-то требовалось выйти, он поднимал палец и ждал, пока надсмотрщик не присылал на его место заместителя. Во время перерыва, который продолжался всего 15 минут, в цех с разных сторон въезжали тележки, нагруженные пакетиками со стандартными завтраками, включавшими три бутерброда, кусок сладкого пирога, яблоко или апельсин. Ели рабочие прямо у станка — выходить из цеха без особого разрешения запрещалось.
Успех конвейерной сборки был настолько очевиден, что через некоторое время эта система была перенесена на все цеха фордовского завода. Все предприятия, вовлеченные Фордом в его производство, также должны были переходить на поточный метод. Купив однажды стекольный завод, Форд предложил местным специалистам производить зеркальное стекло для автомобилей непрерывной широкой лентой, без помощи ручного труда, механизируя все процессы от начала до конца. Эксперты и специалисты категорически заявили, что изменить способ производства технически невозможно. Тогда Форд послал на завод людей, никогда ранее стекольным делом не занимавшихся. Через год его инженеры разработали блестящий метод полной механизации производства. По всему заводу были установлены конвейеры и новые машины. В результате завод стал выпускать 1 млн квадратных метров первоклассного зеркального стекла в год. Площадь его по сравнению с другими стекольными заводами была вдвое меньше, а производительность — вдвое больше. После проведенной реорганизации это предприятие стало сберегать Форду 3 млн долларов в год.
Перестроив все производство и непрерывно наращивая его объемы, Форд достиг через несколько лет своей вожделенной мечты — каждый день на всех его заводах производилось 10 тысяч автомобилей, и все они находили сбыт. Во многом благодаря Форду автомобиль стал национальной особенностью Америки. Если в 1900 году в США один автомобиль приходился на 9000 человек, то в 1929 году — один автомобиль на каждые 5 человек. Всего же к этому времени по дорогам Америки бегало 26 миллионов стандартных «фордов Т», отличавшихся только цветом и формой кузова. США имели в несколько раз больше автомобилей, чем все остальные страны мира вместе взятые, причем собственниками автомашин здесь были не только богачи, не только представители среднего класса, но также многие рабочие и фермеры. Это обстоятельство изменило облик самой страны. Если в 1893 году американские дороги считались чуть ли не самыми скверными в мире, то через каких-нибудь 20-30 лет повсюду были проложены прекрасные шоссе, по которым в обе стороны двигался поток автомобилей. Почти все автомобили были собраны на заводах Форда.
Производство такого масштаба поставило перед Фордом много сложных задач. Так, например, Форд должен был отказаться от мысли производить все свои машины в Детройте, поскольку это породило бы неразрешимые транспортные проблемы. Вместо этого он разбросал по всему миру свои сборочные заводы, которые производили из готовых деталей столько машин, сколько было возможно продать в этом месте. Перевозить машины в разобранном виде вообще оказалось выгоднее. Один товарный вагон мог, к примеру, вместить всего 7 готовых автомобилей. В разобранном же виде в него можно было погрузить 130 машин то есть вместо 18 вагонов использовался только один. Благодаря прекрасно отлаженной организации Форду удалось сократить цикл производства с 21 до 14 дней. (Производственный цикл — это период, во время которого деньги, вложенные в какое-либо предприятие, остаются связанными, он включает в себя время от покупки сырья до продажи готового автомобиля.) Таким образом, Форд получил возможность поддерживать высокий уровень производства двумя третями прежнего капитала. При огромных масштабах его деятельности это означало десятки миллионов долларов экономии в год.
В течение двух десятилетий Форд безраздельно господствовал на рынке дешевых машин. Никто из его конкурентов не мог за ту же цену дать машину равного качества. «Форд Т» занял особое положение среди автомобилей других фирм.
Завоевав американский рынок, Форд двинул свои машины в Европу. Сначала европейские автомобильные фирмы свысока смотрели на его невзрачные и неброские машины, но они вскоре поняли, что сильно недооценили этого конкурента. На всех гонках и ралли «форды» демонстрировали поразительную надежность и прекрасные ходовые качества, цена же их была на порядок ниже, чем у европейских машин. Средний класс в Европе, так же как и в Америке, не устоял перед искушением иметь свою пусть не шикарную, но надежную и неприхотливую машину. Почти во всех странах мира вскоре появились фордовские отделения, представительства и сборочные мастерские. В Канаде и Манчестере были построены крупные автомобильные заводы, а в Корке — тракторный завод.
76. ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА
Впрочем, Форду не сразу удалось воплотить свои планы в жизнь. Несколько лет, как уже говорилось, он не был полновластным хозяином предприятия. Совершенной модели автомобиля, на производстве которой можно было бы сосредоточить все свои усилия, тоже пока не было. Только получив в свои руки контрольный пакет, Форд смог развернуться во всю ширь. В 1908 году была разработана конструкция недорогого, но очень надежного автомобиля, получившего наименование модели "Т". Она не содержала ни одного нового узла, который в том или ином виде не был бы уже опробован в какой-нибудь из предыдущих моделей. Новым являлся лишь материал, из которого была сделана большая часть деталей машины, — ванадиевая сталь, обладавшая удивительной легкостью и вместе с тем замечательной прочностью. Этот автомобиль сделал Форда миллионером, знаменитостью и одним из королей американской промышленности.
Создав свой совершенный автомобиль, Форд решил отныне не заниматься его модернизацией, а сосредоточиться на массовом выпуске этой единственной модели. Его планы вызвали переполох как среди акционеров, так и среди агентов по продаже. Все в один голос говорили, что рынок требует разнообразия, и единая модель оттолкнет значительную часть покупателей. На это Форд уверенно возражал, что 95% покупателей сами не знают, чего они хотят, и если им внушить доверие к новой марке, они не станут предъявлять особых претензий. Он потратил огромные деньги на рекламу, наводнив все газеты объявлениями, в которых доказывалось, что модель "Т" отвечает всем требованиям, какие только можно предъявить к совершенному автомобилю. Он постоянно подчеркивал, что его машина — не для богатых, что она предназначена для «среднего» американца, что это «семейная», «народная» машина и т.п. Все это были совершенно новые приемы в автомобильном бизнесе. До этого никто не верил, что можно изготовить недорогой, но хороший автомобиль и что вообще можно найти покупателей для автомобиля в широких кругах городской и деревенской буржуазии.
Форд первым доказал, что все это возможно. Его портативный, простой и дешевый автомобиль, доступный любому среднему американцу, как нельзя лучше отвечал требованиям времени. К 1910 году было продано уже 10 тысяч «фордов Т», а в 1911-1912 годах — 34 тысячи. Производство стремительно набирало обороты. Форд купил в пригороде Детройта, в Хайленд-Парке, большой участок земли и начал здесь постройку огромного завода, рассчитанного на выпуск уже не тысяч, а миллионов автомобилей. Это был совершенно новый тип массового поточного производства, ранее в таких масштабах никогда и нигде не применявшийся. Именно Форд впервые сделал конвейер главной осью сборочного процесса и совершенно по-новому разработал систему разложения сложных трудоемких процессов на составные части. Он же первый осуществил идею максимально дешевого, но массового автомобиля. Это были три кита, на которых основывалось невиданное процветание его предприятия.
Сила Форда заключалась в организации труда. Все процессы на его предприятиях, от отливки деталей до завинчивания ничтожной гайки, были рационализированы с таким совершенством, какого до него никто и никогда не достигал. Производственный поток двигался от источников сырья к готовой машине, нигде не поворачивая назад. Первоначально на заводе в Хайленд-Парке сборка автомобилей производилась при помощи рабочих бригад, которые передвигались по цеху с ручными тележками и подвозили к каждому автомобилю соответствующие части для сборки. Сборочные бригады переходили от одного автомобиля к другому и таким путем собирали весь автомобиль от начала до конца.
В усовершенствованной системе Форд оставил рабочих неподвижными, а материалы стал провозить мимо них вручную. Вскоре была устроена короткая линия для окончательной сборки машин, где части перемещались мимо рабочих с помощью механической силы. Эта система по мере дальнейшего усовершенствования превратилась в конвейер. Впервые опыт со сборочным путем был произведен в апреле 1913 года на сборке магнето. До этого один рабочий в течение девяти часов рабочего дня мог собрать от 35 до 40 магнето, то есть затрачивал на каждое около 20 минут. После введения конвейера время, затрачиваемое на сборку одного магнето, сократилось до 13 минут. Несколько дней Форд простоял возле работающего конвейера, наблюдая за каждым движением рабочих. Он заметил, что сборщикам приходится нагибаться во время работы из-за того, что конвейер располагается слишком низко. Он остановил производство и велел поднять конвейер на 8 дюймов. После этого время сборки одного магнето сократилось до 7 минут. Новые усовершенствования довели его до 5 минут. Не затрачивая средств на новые машины или материалы, одним только разложением процесса сборки на 45 простейших операций и передвижением материала мимо стоявших в достаточно удобной позе и неподвижных рабочих Форд добился поразительных результатов, увеличив производительность труда почти в 4 раза.
Вскоре конвейер был применен при сборке шасси. По старому способу сборка одного шасси требовала 12 часов 8 минут. Когда попробовали разбить ее на несколько простых операций и устроили примитивный конвейер (с помощью каната и ворота шасси тянули мимо линии рабочих) сборка сократилась до 5 часов 50 минут. Форд продолжал совершенствовать конвейер. Приноравливаясь к среднему росту рабочих, он попробовал прокладывать сборные пути на разной высоте. Его инженеры трудились над раздроблением всех сложных процессов на составные части. Каждый рабочий должен был делать все меньше и меньше разнообразных движений руками. В результате всех этих усовершенствований время сборки одного шасси сократилось до 1 часа 33 минут. При этом процесс разделения труда был доведен буквально до предела: если один рабочий вгонял болт, то гайку ставил другой, а завинчивал ее третий.
Рабочий в фордовском производстве превратился в настоящий придаток машины. На конвейере во время работы он не мог сделать лишнего шага или движения. Инструменты его должны были располагаться так, чтобы ему не приходилось искать их или наклоняться за ними. Ритм сборки воздействовал сильнее самых свирепых надсмотрщиков. Благодаря ему Форд добивался максимальных темпов, каких только можно было достичь без ущерба для качества работы.
Однако, несмотря на это, безработные со всей Америки стремились попасть к Форду, привлеченные высокой заработной платой. Поскольку производственный процесс разбивался на простейшие операции, Форд почти не нуждался в квалифицированных рабочих. Он охотно принимал к себе людей совершенно неквалифицированных, невежественных, даже калек. Уже в 1915 году, едва ли не первым из крупных промышленников, Форд ввел 5-дневную рабочую неделю и сократил рабочий день до 8 часов. Впрочем, интенсивность труда на его предприятиях была такой высокой, что стоила 10 часов работы на любом другом заводе. Каждая секунда требовала полнейшей самоотдачи. Семь часов рабочий бесчисленное количество раз повторял одно и то же движение. Разговаривать, курить или садиться во время работы строго запрещалось. Если кому-то требовалось выйти, он поднимал палец и ждал, пока надсмотрщик не присылал на его место заместителя. Во время перерыва, который продолжался всего 15 минут, в цех с разных сторон въезжали тележки, нагруженные пакетиками со стандартными завтраками, включавшими три бутерброда, кусок сладкого пирога, яблоко или апельсин. Ели рабочие прямо у станка — выходить из цеха без особого разрешения запрещалось.
Успех конвейерной сборки был настолько очевиден, что через некоторое время эта система была перенесена на все цеха фордовского завода. Все предприятия, вовлеченные Фордом в его производство, также должны были переходить на поточный метод. Купив однажды стекольный завод, Форд предложил местным специалистам производить зеркальное стекло для автомобилей непрерывной широкой лентой, без помощи ручного труда, механизируя все процессы от начала до конца. Эксперты и специалисты категорически заявили, что изменить способ производства технически невозможно. Тогда Форд послал на завод людей, никогда ранее стекольным делом не занимавшихся. Через год его инженеры разработали блестящий метод полной механизации производства. По всему заводу были установлены конвейеры и новые машины. В результате завод стал выпускать 1 млн квадратных метров первоклассного зеркального стекла в год. Площадь его по сравнению с другими стекольными заводами была вдвое меньше, а производительность — вдвое больше. После проведенной реорганизации это предприятие стало сберегать Форду 3 млн долларов в год.
Перестроив все производство и непрерывно наращивая его объемы, Форд достиг через несколько лет своей вожделенной мечты — каждый день на всех его заводах производилось 10 тысяч автомобилей, и все они находили сбыт. Во многом благодаря Форду автомобиль стал национальной особенностью Америки. Если в 1900 году в США один автомобиль приходился на 9000 человек, то в 1929 году — один автомобиль на каждые 5 человек. Всего же к этому времени по дорогам Америки бегало 26 миллионов стандартных «фордов Т», отличавшихся только цветом и формой кузова. США имели в несколько раз больше автомобилей, чем все остальные страны мира вместе взятые, причем собственниками автомашин здесь были не только богачи, не только представители среднего класса, но также многие рабочие и фермеры. Это обстоятельство изменило облик самой страны. Если в 1893 году американские дороги считались чуть ли не самыми скверными в мире, то через каких-нибудь 20-30 лет повсюду были проложены прекрасные шоссе, по которым в обе стороны двигался поток автомобилей. Почти все автомобили были собраны на заводах Форда.
Производство такого масштаба поставило перед Фордом много сложных задач. Так, например, Форд должен был отказаться от мысли производить все свои машины в Детройте, поскольку это породило бы неразрешимые транспортные проблемы. Вместо этого он разбросал по всему миру свои сборочные заводы, которые производили из готовых деталей столько машин, сколько было возможно продать в этом месте. Перевозить машины в разобранном виде вообще оказалось выгоднее. Один товарный вагон мог, к примеру, вместить всего 7 готовых автомобилей. В разобранном же виде в него можно было погрузить 130 машин то есть вместо 18 вагонов использовался только один. Благодаря прекрасно отлаженной организации Форду удалось сократить цикл производства с 21 до 14 дней. (Производственный цикл — это период, во время которого деньги, вложенные в какое-либо предприятие, остаются связанными, он включает в себя время от покупки сырья до продажи готового автомобиля.) Таким образом, Форд получил возможность поддерживать высокий уровень производства двумя третями прежнего капитала. При огромных масштабах его деятельности это означало десятки миллионов долларов экономии в год.
В течение двух десятилетий Форд безраздельно господствовал на рынке дешевых машин. Никто из его конкурентов не мог за ту же цену дать машину равного качества. «Форд Т» занял особое положение среди автомобилей других фирм.
Завоевав американский рынок, Форд двинул свои машины в Европу. Сначала европейские автомобильные фирмы свысока смотрели на его невзрачные и неброские машины, но они вскоре поняли, что сильно недооценили этого конкурента. На всех гонках и ралли «форды» демонстрировали поразительную надежность и прекрасные ходовые качества, цена же их была на порядок ниже, чем у европейских машин. Средний класс в Европе, так же как и в Америке, не устоял перед искушением иметь свою пусть не шикарную, но надежную и неприхотливую машину. Почти во всех странах мира вскоре появились фордовские отделения, представительства и сборочные мастерские. В Канаде и Манчестере были построены крупные автомобильные заводы, а в Корке — тракторный завод.
76. ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА
Изобретение электронной лампы напрямую связано с развитием техники освещения. В начале 80-х годов XIX века знаменитый американский изобретатель Эдисон занимался усовершенствованием лампы накаливания. Одним из ее недостатков было постепенное уменьшение световой отдачи из-за потускнения баллона вследствие появления темного пятна на внутренней стороне стекла. Исследуя в 1883 году причины этого эффекта, Эдисон заметил, что часто на потускневшем стекле баллона в плоскости петли нити оставалась светлая, почти незатемненная полоса, причем эта полоса всегда оказывалась с той стороны лампы, где находился положительный ввод накальной цепи. Дело выглядело так, будто часть угольной нити накала, примыкающая к отрицательному вводу, испускала из себя мельчайшие материальные частицы. Пролетая мимо положительной стороны нити, они покрывали внутреннюю сторону стеклянного баллона всюду, за исключением той линии на поверхности стекла, которая как бы заслонялась положительной стороной нити. Картина этого явления стала более очевидна, когда Эдисон ввел внутрь стеклянного баллона небольшую металлическую пластину, расположив ее между вводами нити накала. Соединив эту пластинку через гальванометр с положительным электродом нити, можно было наблюдать текущий через пространство внутри баллона электрический ток.
Эдисон предположил, что поток угольных частичек, испускаемых отрицательной стороной нити, делает часть пути между нитью и введенной им пластинкой проводящим, и установил, что поток этот пропорционален степени накала нити, или, другими словами, световой мощи самой лампы. На этом, собственно, и заканчивается исследование Эдисона. Американский изобретатель не мог тогда и представить, на пороге какого величайшего научного открытия он стоял. Прошло почти 20 лет, прежде чем наблюдавшееся Эдисоном явление получило свое правильное всестороннее объяснение.
Оказалось, что при сильном нагревании нити лампы, помещенной в вакуум, она начинает испускать в окружающее пространство электроны. Этот процесс получил название термоэлектронной эмиссии, и его можно рассматривать как испарение электронов из материала нити. Мысль о возможности практического использования «эффекта Эдисона» впервые пришла в голову английскому ученому Флемингу, который в 1904 году создал основанный на этом принципе детектор, получивший название «двухэлектродной трубки», или «диода» Флеминга. Лампа Флеминга представляла собой обычный стеклянный баллон, заполненный разреженным газом. Внутри баллона помещалась нить накала вместе с охватывавшим ее металлическим цилиндром. Нагретый электрод лампы непрерывно испускал электроны, которые образовывали вокруг него «электронное облако». Чем выше была температура электрода, тем выше оказывалась плотность электронного облака. При подключении электродов лампы к источнику тока между ними возникало электрическое поле. Если положительный полюс источника соединяли с холодным электродом (анодом), а отрицательный — с нагретым (катодом), то под действием электрического поля электроны частично покидали электронное облако и устремлялись к холодному электроду. Таким образом между катодом и анодом устанавливался электрический ток. При противоположном включении источника отрицательно заряженный анод отталкивал от себя электроны, а положительно заряженный катод — притягивал. В этом случае электрического тока не возникало. То есть диод Флеминга обладал ярко выраженной односторонней проводимостью. Будучи включенной в приемную схему, лампа действовала подобно выпрямителю, пропуская ток в одном направлении и не пропуская в обратном, и могла служить таким образом волноуказателем — детектором. Для некоторого повышения чувствительности лампы подавался соответствующим образом подобранный положительный потенциал. В принципе приемная схема с лампой Флеминга почти ничем не отличалась от других радиосхем того времени. Она уступала в чувствительности схеме с детектором магнитного типа, но обладала несравненно большей надежностью.
Дальнейшим выдающимся достижением в области совершенствования и технического применения электронной лампы стало изобретение в 1907 году американским инженером Де Форестом лампы, содержащей дополнительный третий электрод. Этот третий электрод был назван изобретателем «сеткой», а сама лампа — «аудином», но в практике за ней закрепилось другое название — «триод». Третий электрод, как это видно уже из его названия, был не сплошным и мог пропускать электроны, летевшие от катода к аноду. Когда между сеткой и катодом включался источник напряжения, между этими электродами возникало электрическое поле, сильно влияющее на количество электронов, достигающих анода, то есть на силу тока, текущего через лампу (силу анодного тока). При уменьшении напряжения, подаваемого на сетку, сила анодного тока уменьшалась, при увеличении — возрастала. Если на сетку подавали отрицательное напряжение, анодный ток вообще прекращался — лампа оказывалась «запертой». Замечательное свойство триода состояло в том, что управляющий ток мог быть во много раз меньше основного — ничтожные изменения напряжения между сеткой и катодом вызывали довольно значительные изменения анодного тока. Последнее обстоятельство позволяло использовать лампу для усиления малых переменных напряжений и открывало перед ней необычайно широкие возможности для практического применения. Появление трехэлектродной лампы повлекло за собой быструю эволюцию радиоприемных схем, так как возникла возможность в десятки и сотни раз усиливать принимаемый сигнал. Многократно возросла чувствительность приемников. Одна из ранних схем лампового приемника была предложена уже в 1907 году тем же Де Форестом.
Между антенной и заземлением здесь включен контур LC, на зажимах которого возникает переменное напряжение высокой частоты, образовавшееся под действием энергии, полученной из антенны. Это напряжение подавалось на сетку лампы и управляло колебаниями анодного тока. Таким образом, в анодной цепи получались усиленные колебания принимаемого сигнала, которые могли приводить в движение мембрану телефона, включенного в ту же цепь.
Первая трехэлектродная лампа-аудин Де Фореста имела множество недостатков. Расположение электродов в ней было таким, что большая часть электронного потока попадала не на анод, а на стеклянный баллон. Управляющее влияние сетки оказывалось недостаточным. Лампа была плохо откачана и содержала значительное число молекул газа. Они ионизировались и непрерывно бомбардировали нить накала, оказывая на нее разрушительное воздействие.
В 1910 году немецкий инженер Либен создал усовершенствованную электронную лампу-триод, в которой сетка была выполнена в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, деля его на две части. В нижней части лампы находилась нить накала, в верхней — анод. Такое расположение сетки позволяло усиливать ее управляющее действие, так как через нее проходил весь электронный поток. Анод в этой лампе имел форму прутика или спирали из алюминиевой проволоки, а катодом служила платиновая нить. Особое внимание Либен обратил на увеличение эмиссионных свойств лампы. В этих целях впервые было предложено покрывать нить накала тонким слоем окисла кальция или бария. Кроме того, в баллон вводились ртутные пары, которые создавали дополнительную ионизацию и увеличивали тем самым катодный ток.
Итак, электронная лампа сначала вошла в обиход в качестве детектора, потом — усилителя. Но ведущее место в радиотехнике она завоевала только после того, как была обнаружена возможность использовать ее для генерирования незатухающих электрических колебаний. Самый первый ламповый генератор создал в 1913 году замечательный немецкий радиотехник Мейсснер. На основе триода Либена он построил также первый в мире радиотелефонный передатчик и в июне 1913 года осуществил радиотелефонную связь между Науэном и Берлином на расстоянии 36 км.
Ламповый генератор содержал колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора C. Уже говорилось, что если такой конденсатор зарядить, то в контуре возникают затухающие колебания. Чтобы колебания не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.
Следовательно, энергия от источника постоянного напряжения должна периодически поступать в контур. С этой целью в электрическую цепь колебательного контура включали ламповый триод, так что колебания с контура подавались на его сетку. В анодную цепь лампы включалась катушка Lc, индуктивно связанная с катушкой L колебательного контура. В момент включения схемы ток от батареи, постепенно нарастая, движется через триод и катушку Lc. При этом по закону электромагнитной индукции в катушке L будет находиться электрический ток, который заряжает конденсатор C. Напряжение с пластин конденсатора, как это видно из схемы, подается на катод и сетку. При включении положительно заряженная пластина конденсатора соединяется с сеткой, то есть заряжает ее положительно, что способствует росту тока, проходящего через катушку Lc. Это будет продолжаться до тех пор, пока анодный ток не достигнет максимума (ведь ток в лампе определяется количеством электронов, испаряемых с катода, а их число не может быть беспредельно — возрастая до какого-то максимума, этот ток уже больше не увеличивается при росте сеточного напряжения). Когда это произойдет, через катушку Lc потечет постоянный ток. Поскольку индуктивная связь осуществляется только при переменном токе, в катушке L тока не будет. В связи с этим конденсатор начнет разряжаться. Положительный заряд сетки, следовательно, будет уменьшаться, а это немедленно скажется на величине анодного тока — он тоже будет уменьшаться. Следовательно, и ток через катушку Lc будет убывающим, что создаст в катушке L ток противоположного направления. Поэтому, когда конденсатор C окажется разряженным, уменьшающийся ток через Lc будет по-прежнему индуктировать ток в катушке L, вследствие чего пластины конденсатора будут заряжаться, но в противоположном направлении, так что на пластине, связанной с сеткой, будет накапливаться отрицательный заряд. Это вызовет в конце концов полное прекращение анодного тока — протекание тока через катушку L вновь прекратится, и конденсатор начнет разряжаться. Вследствие этого отрицательный заряд на сетке будет все меньше и меньше, снова появится анодный ток, который будет возрастать. Так весь процесс повторится сначала. Из этого описания видно, что через сетку лампы будет протекать переменный ток, частота которого равна собственной частоте колебательного контура LC. Но эти колебания будут не затухающими, а постоянными, поскольку они поддерживаются путем постоянного добавления энергии батареи через катушку Lc, индуктивно связанную с катушкой L.
Изобретение лампового генератора позволило сделать важный шаг в технике радиосвязи — кроме передачи телеграфных сигналов, состоявших из коротких и более продолжительных импульсов, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь — то есть передача с помощью электромагнитных волн человеческой речи и музыки. Может показаться, что радиотелефонная связь не имеет в себе ничего сложного. В самом дела, звуковые колебания с помощью микрофона легко преобразуются в электрические. Почему бы, усилив их и подав в антенну, не передавать на расстояние речь и музыку точно так же, как передавался до этого код Морзе? Однако в действительности такой способ передачи неосуществим, так как через антенну хорошо излучаются только мощные колебания высокой частоты. А медленные колебания звуковой частоты возбуждают в пространстве настолько слабые электромагнитные волны, что принять их нет никакой возможности. Поэтому до создания ламповых генераторов, вырабатывающих колебания высокой частоты, радиотелефонная связь представлялась чрезвычайно сложным делом. Для передачи звука эти колебания изменяют или, как говорят, модулируют с помощью колебаний низкой (звуковой) частоты. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания генератора и низкочастотные от микрофона накладываются друг на друга и таким образом подаются в антенну.
Эдисон предположил, что поток угольных частичек, испускаемых отрицательной стороной нити, делает часть пути между нитью и введенной им пластинкой проводящим, и установил, что поток этот пропорционален степени накала нити, или, другими словами, световой мощи самой лампы. На этом, собственно, и заканчивается исследование Эдисона. Американский изобретатель не мог тогда и представить, на пороге какого величайшего научного открытия он стоял. Прошло почти 20 лет, прежде чем наблюдавшееся Эдисоном явление получило свое правильное всестороннее объяснение.
Оказалось, что при сильном нагревании нити лампы, помещенной в вакуум, она начинает испускать в окружающее пространство электроны. Этот процесс получил название термоэлектронной эмиссии, и его можно рассматривать как испарение электронов из материала нити. Мысль о возможности практического использования «эффекта Эдисона» впервые пришла в голову английскому ученому Флемингу, который в 1904 году создал основанный на этом принципе детектор, получивший название «двухэлектродной трубки», или «диода» Флеминга. Лампа Флеминга представляла собой обычный стеклянный баллон, заполненный разреженным газом. Внутри баллона помещалась нить накала вместе с охватывавшим ее металлическим цилиндром. Нагретый электрод лампы непрерывно испускал электроны, которые образовывали вокруг него «электронное облако». Чем выше была температура электрода, тем выше оказывалась плотность электронного облака. При подключении электродов лампы к источнику тока между ними возникало электрическое поле. Если положительный полюс источника соединяли с холодным электродом (анодом), а отрицательный — с нагретым (катодом), то под действием электрического поля электроны частично покидали электронное облако и устремлялись к холодному электроду. Таким образом между катодом и анодом устанавливался электрический ток. При противоположном включении источника отрицательно заряженный анод отталкивал от себя электроны, а положительно заряженный катод — притягивал. В этом случае электрического тока не возникало. То есть диод Флеминга обладал ярко выраженной односторонней проводимостью. Будучи включенной в приемную схему, лампа действовала подобно выпрямителю, пропуская ток в одном направлении и не пропуская в обратном, и могла служить таким образом волноуказателем — детектором. Для некоторого повышения чувствительности лампы подавался соответствующим образом подобранный положительный потенциал. В принципе приемная схема с лампой Флеминга почти ничем не отличалась от других радиосхем того времени. Она уступала в чувствительности схеме с детектором магнитного типа, но обладала несравненно большей надежностью.
Дальнейшим выдающимся достижением в области совершенствования и технического применения электронной лампы стало изобретение в 1907 году американским инженером Де Форестом лампы, содержащей дополнительный третий электрод. Этот третий электрод был назван изобретателем «сеткой», а сама лампа — «аудином», но в практике за ней закрепилось другое название — «триод». Третий электрод, как это видно уже из его названия, был не сплошным и мог пропускать электроны, летевшие от катода к аноду. Когда между сеткой и катодом включался источник напряжения, между этими электродами возникало электрическое поле, сильно влияющее на количество электронов, достигающих анода, то есть на силу тока, текущего через лампу (силу анодного тока). При уменьшении напряжения, подаваемого на сетку, сила анодного тока уменьшалась, при увеличении — возрастала. Если на сетку подавали отрицательное напряжение, анодный ток вообще прекращался — лампа оказывалась «запертой». Замечательное свойство триода состояло в том, что управляющий ток мог быть во много раз меньше основного — ничтожные изменения напряжения между сеткой и катодом вызывали довольно значительные изменения анодного тока. Последнее обстоятельство позволяло использовать лампу для усиления малых переменных напряжений и открывало перед ней необычайно широкие возможности для практического применения. Появление трехэлектродной лампы повлекло за собой быструю эволюцию радиоприемных схем, так как возникла возможность в десятки и сотни раз усиливать принимаемый сигнал. Многократно возросла чувствительность приемников. Одна из ранних схем лампового приемника была предложена уже в 1907 году тем же Де Форестом.
Между антенной и заземлением здесь включен контур LC, на зажимах которого возникает переменное напряжение высокой частоты, образовавшееся под действием энергии, полученной из антенны. Это напряжение подавалось на сетку лампы и управляло колебаниями анодного тока. Таким образом, в анодной цепи получались усиленные колебания принимаемого сигнала, которые могли приводить в движение мембрану телефона, включенного в ту же цепь.
Первая трехэлектродная лампа-аудин Де Фореста имела множество недостатков. Расположение электродов в ней было таким, что большая часть электронного потока попадала не на анод, а на стеклянный баллон. Управляющее влияние сетки оказывалось недостаточным. Лампа была плохо откачана и содержала значительное число молекул газа. Они ионизировались и непрерывно бомбардировали нить накала, оказывая на нее разрушительное воздействие.
В 1910 году немецкий инженер Либен создал усовершенствованную электронную лампу-триод, в которой сетка была выполнена в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, деля его на две части. В нижней части лампы находилась нить накала, в верхней — анод. Такое расположение сетки позволяло усиливать ее управляющее действие, так как через нее проходил весь электронный поток. Анод в этой лампе имел форму прутика или спирали из алюминиевой проволоки, а катодом служила платиновая нить. Особое внимание Либен обратил на увеличение эмиссионных свойств лампы. В этих целях впервые было предложено покрывать нить накала тонким слоем окисла кальция или бария. Кроме того, в баллон вводились ртутные пары, которые создавали дополнительную ионизацию и увеличивали тем самым катодный ток.
Итак, электронная лампа сначала вошла в обиход в качестве детектора, потом — усилителя. Но ведущее место в радиотехнике она завоевала только после того, как была обнаружена возможность использовать ее для генерирования незатухающих электрических колебаний. Самый первый ламповый генератор создал в 1913 году замечательный немецкий радиотехник Мейсснер. На основе триода Либена он построил также первый в мире радиотелефонный передатчик и в июне 1913 года осуществил радиотелефонную связь между Науэном и Берлином на расстоянии 36 км.
Ламповый генератор содержал колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора C. Уже говорилось, что если такой конденсатор зарядить, то в контуре возникают затухающие колебания. Чтобы колебания не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.
Следовательно, энергия от источника постоянного напряжения должна периодически поступать в контур. С этой целью в электрическую цепь колебательного контура включали ламповый триод, так что колебания с контура подавались на его сетку. В анодную цепь лампы включалась катушка Lc, индуктивно связанная с катушкой L колебательного контура. В момент включения схемы ток от батареи, постепенно нарастая, движется через триод и катушку Lc. При этом по закону электромагнитной индукции в катушке L будет находиться электрический ток, который заряжает конденсатор C. Напряжение с пластин конденсатора, как это видно из схемы, подается на катод и сетку. При включении положительно заряженная пластина конденсатора соединяется с сеткой, то есть заряжает ее положительно, что способствует росту тока, проходящего через катушку Lc. Это будет продолжаться до тех пор, пока анодный ток не достигнет максимума (ведь ток в лампе определяется количеством электронов, испаряемых с катода, а их число не может быть беспредельно — возрастая до какого-то максимума, этот ток уже больше не увеличивается при росте сеточного напряжения). Когда это произойдет, через катушку Lc потечет постоянный ток. Поскольку индуктивная связь осуществляется только при переменном токе, в катушке L тока не будет. В связи с этим конденсатор начнет разряжаться. Положительный заряд сетки, следовательно, будет уменьшаться, а это немедленно скажется на величине анодного тока — он тоже будет уменьшаться. Следовательно, и ток через катушку Lc будет убывающим, что создаст в катушке L ток противоположного направления. Поэтому, когда конденсатор C окажется разряженным, уменьшающийся ток через Lc будет по-прежнему индуктировать ток в катушке L, вследствие чего пластины конденсатора будут заряжаться, но в противоположном направлении, так что на пластине, связанной с сеткой, будет накапливаться отрицательный заряд. Это вызовет в конце концов полное прекращение анодного тока — протекание тока через катушку L вновь прекратится, и конденсатор начнет разряжаться. Вследствие этого отрицательный заряд на сетке будет все меньше и меньше, снова появится анодный ток, который будет возрастать. Так весь процесс повторится сначала. Из этого описания видно, что через сетку лампы будет протекать переменный ток, частота которого равна собственной частоте колебательного контура LC. Но эти колебания будут не затухающими, а постоянными, поскольку они поддерживаются путем постоянного добавления энергии батареи через катушку Lc, индуктивно связанную с катушкой L.
Изобретение лампового генератора позволило сделать важный шаг в технике радиосвязи — кроме передачи телеграфных сигналов, состоявших из коротких и более продолжительных импульсов, стала возможна надежная и высококачественная радиотелефонная связь — то есть передача с помощью электромагнитных волн человеческой речи и музыки. Может показаться, что радиотелефонная связь не имеет в себе ничего сложного. В самом дела, звуковые колебания с помощью микрофона легко преобразуются в электрические. Почему бы, усилив их и подав в антенну, не передавать на расстояние речь и музыку точно так же, как передавался до этого код Морзе? Однако в действительности такой способ передачи неосуществим, так как через антенну хорошо излучаются только мощные колебания высокой частоты. А медленные колебания звуковой частоты возбуждают в пространстве настолько слабые электромагнитные волны, что принять их нет никакой возможности. Поэтому до создания ламповых генераторов, вырабатывающих колебания высокой частоты, радиотелефонная связь представлялась чрезвычайно сложным делом. Для передачи звука эти колебания изменяют или, как говорят, модулируют с помощью колебаний низкой (звуковой) частоты. Суть модуляции заключается в том, что высокочастотные колебания генератора и низкочастотные от микрофона накладываются друг на друга и таким образом подаются в антенну.