И. Менщиков
Среди детекторных кристаллов одним из самых распространенных и популярных является свинцовый блеск в его разновидностях — гален, галенит и пр. Сплошь и рядом, не имея под руками галена, радиолюбитель, в особенности начинающий, да еще в провинции, не знает, чем ему заменить этот кристалл. В задачу настоящей статьи и входит познакомить читателя с некоторыми детекторными кристаллами, а также наметить в общих чертах те требования, которым должен удовлетворять детекторный кристалл вообще и гален в частности, и которые могут быть обнаружены при испытании этих кристаллов.
Применяемые радиолюбителями кристаллические детекторы делятся на две группы: состоящие из минерала и металла и состоящие из пары двух разнородных кристаллов. Не останавливаясь на вопросах детектирования, поскольку они разбираются в специальной статье1), укажем здесь, что действие детектора основано на свойствах контакта между кристаллом и металлом или между двумя кристаллами детекторной пары. Чтобы детектировать, такой контакт должен обладать переменным сопротивлением, величина которого изменяется при изменении напряжения, подводимого к кристаллу, при чем эти изменения должны быть несимметричны, то-есть сотротивление контакта в одном направлении должно быть гораздо больше, чем в другом.
Однако, далеко не всякий контакта между кристаллом и металлом или между двумя кристаллами обладает этими свойствами. У контактов же, которые детектируют, не все «точки» обладают этими свойствами в одинаковой степени.
Ниже мы рассмотрим так называемый «постоянный» детектор. Что же касается обыкновенных детекторов, представляющих собою кристалл с металлической пружинкой, то в силу неоднородности кристаллов, конструкция таких детекторов должна быть такой, чтобы представлялась возможность, изменяя положение пружинки, находить чувствительную точку.
Из детекторных пар наиболее распространенной, как уже указывалось, является свинцовый блеск — гален и галенит. Галеном называется искусственный свинцовый блеск, а галенитом — натуральный, при чем сплошь да рядом искусственные кристаллы значительно превосходят натуральные. «Парой» к этим кристаллам (т.-е. материалом для пружинки) служит медь, серебро, сталь, графит и пр. Хорошие результаты дает также в паре с галеном магниевая лента.
Помимо галена, распространены также еще и следующие пары: 1) пирит и халькопирит с медью, золотом, серебром и сталью; 2) ферросилиций со сталью, 3) графит со сталью, 4) молибден с серебром, медью и сурьмой, 5) силикон со сталью, золотом, висмутом, 6) цинкит с медью и сталью, 7) карборунд со сталью и медью и пр.
Из детекторов, представляющих собою пару из двух минералов, следует указать на цинкит и халькопирит и карборунд с пиритом.
В то тремя как кристаллические детекторы с металлическими парами отличаются большой чувствительностью, пары из двух кристаллов обладают большим постоянством. Последним обстоятельством, между прочим, и следует об'яснить, что детекторы из цинкита с халькопиритом применялись одно время больше всего в военном деле, то-есть там, где нужен непрерывный прием без пропусков. Кстати заметим, что при работе с такими детекторами очень важно, чтобы поверхность халькопирита, касающаяся цинкита, была бы заострена, иначе детектор будет нечувствителен, а некоторые кристаллы могут вовсе не дать никакого эффекта.
Приведенные нами детекторные пары далеко не исчерпывают многообразия кристаллов, обладающих детектирующим свойством, и являются лишь наиболее распространенными и доступными.
Детекторным свойством, вообще говоря, обладают различные минералы и металлы. Так например, в ОДР недавно был доставлен радиолюбителем тов. Сур молочный известняк, давший при испытании в некоторых его частях вполне хорошие результаты.
Помимо этого, детектировать могут самые разнообразные комбинации. Для примера укажем на детекторные свойства свежего излома лезвий бритвы «Жиллет», окисленной медной и серебрянной монет и пр. Наконец, детектируют отдельные точки, правда, их найти бывает трудно, некоторых сортов фольги в комбинации с медной пружинкой.
Иногда удается повысить чувствительность детектора и даже несколько усилить прием, задавая на кристалл некоторое добавочное напряжение от батарейки. Особенно хорошие результаты удается получить при этом в детекторных парах карборунда со сталью и цинкита в паре с углем или сталью. В отношении карборундового детектора мы ограничимся указанием на то, что напряжение, даваемое на кристалл, должно быть не более 3—4 вольт и лучше всего подбирается потенциометром, (при чем на кристалл должен быть задан положительный потенциал. Что же касается цинкита, то на нем мы остановимся подробнее.
В 1922 г. сотруднику Нижегородской радиолаборатории, а до этого радиолюбителю О. В. Лосеву удалось при работе с цинкитом в паре с углем и сталью обнаружить ряд замечательных свойств этого кристалла при некотором добавочном напряжении. О. В. Лосевым было найдено, что цинкитный детектор может служить усилителем и генератором незатухающих колебаний. Приемник с детектором, обладающим этими свойствами, получил название кристадина2).
По высказанному изобретателем предположению, генерирующий контакт работает благодаря возникновению между кристаллом и металлическим острием микроскопической вольтовой дуги. Дуга эта возникает при силе подводимого тока порядка 1 миллиампера. В высшей степени существенно, что электроды дуги не накалены и имеют температуру порядка 100° Цельсия. При этом искусственное повышение температуры влечет за собой прекращение генерации.
При работе с карборундом со сталью было обнаружено зеленоватое свечение контакта. Подобное же свечение наблюдается и у цинкитного контакта.
Генерирующие свойства в несколько меньшей степени, были обнаружены далее и в галене, а также в жести и цинке, специально обработанных выпариванием раствора марганцево-кислого калия. При этом, в то время как у цинкита генерация наступает при напряжении около 3 вольт, при работе с жестью и цинком требовалось 15—20 вольт.
Необходимо отметить, что как цинкит, так и другие генерирующие кристаллы очень капризны, и при работе с ними не всегда удается получить хорошие результаты.
Автором настоящей статьи в отделе материаловедения Всесоюзного электротехнического института совместно с научным сотрудником. А. И. Поповым, было проведено исследование ряда свойств галена3). Исследованию подвергались различные образцы искусственного галена и натурального галенита как из союзных месторождений, как и заграничного. При этом было обнаружено, что различные точки кристалла ведут себя по-разному. В то время как одни точки, названные точками первого рода, при включении напряжения дают мгновенное (поскольку можно вообще, утверждать о «мгновенности» явления) или во всяком случае очень быстрое отклонение стрелки гальванометра, другие точки ведут себя иначе. Эти точки, названные точками второго рода, характеризуются тем, что стрелка гальванометра, устанавливается не «мгновенно», а обнаруживает стремление к дальнейшему движению, при чем сила тока при том же напряжении может как возрастать, так и убывать, что и видно на кривых рис. 1 и 2. На этих рисунках по горизонтальной оси отложено время в секундах, а то вертикальной — сила тока в микроамперах при некотором постоянном напряжении, подводимом к детектору.
Дальнейшее истпытание установило, что точки тервого рода (то-есть те, на которых прибор устанавливается сразу) всегда обладают детекторным действием. Точки же второго рода не дают детекторного действия, либо же их свойства вообще оказываются неопределенными.
При выполнении этой работы было замечено также, что отдельные точки, очень редко встречающиеся, обладают особой преимущественной чувствительностью в отношении определенных длин волн, представляя собою таким образом точки с определенной настройкой. Особенно интересные результаты были получены в этом отношении с графитовым порошком.
При обследовании вопроса о влиянии степени нажатия контактной спиральки на кристалл удалось отметить, что значительное нажатие спиральки сильно ухудшает работу данной точки кристалла. Целым рядом проб было выяснено, что происходящее якобы от усиленного нажатия улучшение выпрямляющей способности кристалла на деле является следствием постоянной смены точек и замены одной другой при изгибании спирали от нажатия. В силу этого, как и принято в радиолюбительской практике, необходимо заострять конец спирали и лишь слегка касаться ею поверхности кристалла. Способ же «максимального нажатия» ведет лишь к ошибочному представлению о качествах испытуемого образца.
Вследстваи присущей большинству кристаллов неоднородности, испытание кристаллов, при котором снимается ряд характеристик кристалла, не позволяет судить об его свойствах. Поэтому более рациональным является сравнение испытуемого кристалла с эталоном следующим образом. Колебания возбуждаемые гетеродином принимаются в приемном контуре, в который включается детектор с кристаллом и гальванометром. Взяв ряд точек на кристалле, по отклонению стрелки гальванометра, судят о свойствах данного кристалла и сравнивают их с свойствами эталона. Сумма полученных измерений должна быть не ниже 70% суммы отсчетов кристалла эталона.
Это испытание кристаллов, принятое в настоящее время в промышленности, создает условия, близкие к эксплоатационным, почему и позволяет более правильно судить о поведении кристалла при его дальнейшей работе.
При испытании кристаллов необходимо также выяснить наличие точек первого и второго рода. Кроме этого, очень существенную роль здесь может играть сопротивление телефона, так как ряд кристаллов дает хорошие результаты с одним телефоном и значительно худшие — с другим.
Вопрос о «постоянном» детекторе, позволяющем не искать чувствительную точку, найденную раз и навсегда, является еще до сих пор неразрешенным. Однако, небезынтересно отметить ряд попыток к разрешению этого вопроса.
Как уже нами указывалось, из детекторных кристаллов большим постоянством обладают детекторы, состоящие из двух кристаллов. На первом месте здесь находится цинкит с халькопиритом; довольно устойчив в работе и карборундовый детектор с парой из стали, с подводимым к нему добавочным напряжением.
Что касается детекторов из кристалла с металлической пружинкой, то здесь лучшие результаты в смысле постоянства удается получить, применяя в качестве кристалла мелкий порошок галена. Порошок этот насыпается в высверленное отверствие хотя бы в эбоните, куда и подводится спиралька, жестко укрепленная на другом конце.
Наиболее распространенным опособом приготовления искусственного галена является следующий. Берут 10 грамм свинцовых опилок, напиленных драчевым напильником, и смешивают опилки с 2,5—3 граммами серы. После тщательного перемешивания, смесь насыпают в пробирку и, хорошо утрамбовав, нагревают на примусе. Нагревание производят сперва медленно до точки плавления серы, после чего пробирку помещают в сильное пламя, нагревая сильнее верхнюю часть и держа ее под углом в 45°. Реакция начинается в момент, когда смесь принимает вишневый цвет, после чего пробирку вынимают из пламени, держа горизонтально. Когда реакция закончится, пробирку перевертывают для того, чтобы дать сере стечь. Затем пробирке со сплавом дают остыть и сплаву закристаллизоваться, после чего вынимают из пробирки полученный кристалл, разбив ее. Парой к такому кристаллу служит медная проволочка.
1) См. Статью «Теория кристаллического детектора» в этом номере «Радио Всем». (стр. 427)
2) Интересующихся кристадином отсылаем к статьям О. В. Лосева в «Телеграфия и телефония без проводов», №№ 14 и 15 за 1922 г. и № 22 за 1923 г. (стр. 427)
3) Подробнее см. «Вестник Теоретич. и Эксперим. Электротехники» № 8 за 1928 г. (стр. 428)